книги из ГПНТБ / Дружинин, И. П. Космос - Земля. Прогнозы

для своей жизнедеятельности не только аммиак почвы, но и нитраты, в связи с чем, естественно, изменилось

иколичество последних.

Счем могут быть связаны подобные изменения?

Этот вопрос весьма важен с практической точки зрения. Каждый год с урожаем сельскохозяйственных культур из почвы выносится почти на 90% больше азота, чем вносится туда с удобрениями. Такую разницу нельзя ликвидировать без помощи свободно живущих азотфиксирующих организмов, которые являются неотъемле­ мой частью почв. Так, в пахотном слое окультуренной почвы на площади 1 га может содержаться 5—6 т микробных клеток. Поэтому причины колебаний числен­ ности почвенных бактерий в естественных условиях представляют исключительный интерес.

По данным Л. Сирпа [171], эти колебания не имеют устойчивой корреляции ни с сезоном года, ни даже с такими факторами, как температура и влажность поч­ вы. После длительных и тщательных поисков и сопо­ ставлений автор пришел к выводу, что «основным фак­ тором, оказывающим влияние на численность азотобатера, является солнечная активность». Коэффициент корреляции между численностью бактерий и солнечной активностью, по его данным, оказался в 10 раз больше, чем в сравнении с температурой воздуха.

Подобные микробиологические данные пока еще стоят особняком среди других бактериологических на­ блюдений за почвенными микроорганизмами. Однако уже есть ряд фактов из самых различных областей фи­ зиологии растений и микробиологии, которые позволяют думать о возможности прямого воздействия космиче­ ских факторов на растительные объекты и на микромир. Это особенно выраженно проявляется в опытах с ис­ пользованием магнитных полей, представляющих в своих изменениях элементы естественного действия солнечной активности.

Магнитотропизм у растений описан многими авто­ рами, в частности А. В. Крыловым [113], показавшим, что при ориентировании корешков растений к разным полюсам Земли, а равно и при действии магнитов об­ наруживается различная интенсивность их роста и да­ же неодинаковая подверженность поражению плесне­ выми грибками. Сейчас установлено, что в опытных условиях магнитное поле может повышать урожай

174

томатов, рост корневой системы у ржи и бобов, интен­ сивность прироста зародышей ячменя и пшеницы.

Повышенные темпы роста на первых этапах разви­ тия растений под действием магнитных полей позволя­ ют быстрее пройти критичекие периоды их жизни, когда растения особенно чувствительны к недостатку тепла и влаги. И в этом большую роль играет первоначальная ориентация семян. Например, при посеве принудитель­ но ориентированных семян кукурузы удалось добиться прибавки урожая на 20 ц/га, когда семена располага­ лись плоской стороной к югу [142].

По мнению А. П. Дуброва, Ю. И. Новицкого, А. С. Пресмана, М. П. Травкина и ряда других авторов [81, 142, 154, 183], в механизме влияния магнитного поля на рост растений большое значение имеет поляр­ ность самих биологических структур, когда совпадение направлений внешнего магнитного поля с внутренним сказывается на усилении ростовых процессов. Более глубокое изучение этого вопроса связано с исследова­ нием дыхания растений, проницаемости клеточных мем­ бран, состоянием протоплазмы и многими другими во­ просами. Особое внимание привлекает гипотеза А. П. Ду­ брова [81] о диссимметрии биологических систем, начи­ ная от молекулярного уровня и до высших организмов («левые» и «правые» формы). Предполагается, что маг­ нитное поле является одним из факторов, определяю­ щих формирование этой диссимметрии.

Наряду с этими гипотезами в настоящее время уже твердо установлены следующие факты, показывающие несомненное значение магнитных факторов в процес­ сах развития растений.

Во-первых, слабые магнитные поля порядка 20—60 эрстед стимулируют рост растений особенно выраженно

впервые два-три дня — в период относительно низкой ферментативной активности; в этот период воздействие поля приводит к пониженному потреблению кислорода, увеличивает частоту митозов в корнях и стеблях, повы­ шает содержание нуклеиновых кислот в клетках расте­ ний. Отмечено также ускорение движения хлоропластов

втоке протоплазмы, уменьшение электросопротивления гелей веществ растительного происхождения. Кроме то­ го, замечено понижение фотосинтетического обмена в листьях некоторых растений.

Во-вторых, А. П. Дубровым установлен принципи­

175

6

Многолетние циклы животного мира

У знаменитого исследователя Дальнего Востока В. К. Ар­ сеньева [9] есть примечательные строки: «Все животные находятся в тесной зависимости от распространения растительности в крае... Например, где кедр, там и бел­ ка, там и кедровка; где белка, там и соболь; где кабар­ га, там и росомаха; где кедр и дуб, там кабан и изюбр; а где кабан, там и тигр». Иными словами, жизнь жи­ вотных тесно связана .между собой, а также с расти­ тельным миром — источником корма и естественной средой обитания. И если развитие растений, .определяе­ мое гидрометеорологическими факторами, в какой-то степени следует циклам солнечной активности, значит, и зависящие от состояния растительности циклы размно­ жения животных также будут иметь признаки солнеч­ ной обусловленности. Естественно, что эта зависимость должна иметь специфику относительно каждого отдель­ ного вида представителей животного царства.

Тем не менее в колебаниях численности животных проявляются некие общие закономерности. Любая по­ пуляция меняется под действием факторов внешней среды, и состояние ее численности в конечном итоге представляет собой соотношение интенсивности размно­ жения и гибели. Это касается как млекопитающих, так и насекомых и рыб.

Колебания численности рыб и насекомых

Промысловое стадо рыб состоит из нескольких поколе­ ний и постоянно меняется за счет .гибели старших воз­ растов (а зачастую молоди) и в связи с различным тем­ пом воспроизводства популяции. Суммарная числен­ ность— биомасса сглаживает неодинаковую величину

177

слагаемых поколений. Если стадо состоит из двух поколе­ ний, то колебания с периодом более двух лет будут выражены, а до двух лет — затушеваны. Возможно, это относится не только к частным вопросам воспроиз­ водства рыб, но и к общебиологическим закономерно­ стям формирования динамики популяций. Вопрос состо­ ит в признании «собственной» ритмики вида и выделе­ нии циклов размножения, обусловленных внешними

вия размножения горбуши», представленной в «Докла­ дах АН СССР» в 1955 г. академиком Е. Н. Павлов­ ским. Эти выводы были подтверждены и последующими работами И. Б. Бирмана [26]. Оказывается, за послед­ ние 40 лет все наиболее мощные подходы амурской горбуши с моря для нереста наблюдались в эпохи мак­ симумов солнечной активности (рис. 41). Нерестовые стада 1928, 1938, 1948, 1958 гг. численно превосходили популяции всех других лет. Поскольку эти стада фор­ мировались два года назад, вероятно, сезоны 1926, 1936, 1946 и 1956 гг. были для них наиболее благоприятными. Популяции же 1928, 1938, 1948 и 1958 гг., судя по по­ следующим уловам, многочисленного потомства не дали. Видимо, эти годы отличались неблагоприятными для размножения рыб условиями. Во всяком случае те же

178

годы оказались «неурожайными» не только для горбу­ ши, но и для обеих форм амурской кеты — летней к осенней.

В чем же причины таких синхронных колебаний? В эпохи максимумов солнечной активности, как отмечает И. Б. Бирман, на Амуре обычно наблюдаются повышен­ ные летние и часто очень низкие зимние температуры. Слишком сильный перегрев воды вызывает у мигриру­ ющих лососей ускоренное против обычного созревание гонад и более быстрое сжигание накопленного в море энергетического запаса. Преждевременно созревшие ры­ бы устремляются в низовые, не свойственные многим из них притоки Амура, а верхнеамурские нерестилища остаются незаполненными. Ускоренное истощение орга­ низма и нарушение кислородного обмена при повышен­ ной температуре приводят к массовой гибели произво­ дителей до нереста. Кроме того, массовое скопление рыбы в одном нерестилище влечет за собой перекапы­ вание уже заложенных нерестовых гнезд. Наступающая вслед за этим суровая зима ведет к промерзанию нере­ стилищ и гибели икры. Обсохших нерестовых гнезд бы­ вает тем больше, чем выше был уровень и шире раз­ лив воды во время нереста. Горбуша же в основной своей массе мечет икру в самый разгар летнего павод­ ка. К тому же при более высоком уровне воды вымё­ тываемая икра чаще относится от нерестилищ и поги­ бает.

Остается отметить, что на Амуре по крайней мере

втечение половины нынешнего века наиболее высокие дождевые паводки обычно совпадали с эпохами макси­ мума солнечных пятен. Например, на максимуме их в. 1957 г. и особенно на предмаксимуме 1956 г. наблюда­ лись наводнения в бассейне ряда дальневосточных рек,

вчастности и самое большое по охвату территории на­ воднение в бассейне Амура. Не удивительно, что сумма всех названных факторов сказывается на воспроизвод­ стве рыб и его зависимости от солнечной активности, что обнаруживается, однако, только при массовых н длительных наблюдениях.

Подобные закономерности присущи колебаниям чи­ сленности и других видов рыб. Например, уловы амур­ ской осенней кеты, прослеженные по достоверным дан­ ным промысловой статистики с начала текущего сто­ летия, в своих колебаниях почти точно совпадают во

179-

времени с динамикой численности южносахалинской сельди. Видимо, имеются какие-то общие факторы фор­ мирования численности столь разных по своей биологии рыб. Сходство динамики размножения и уловов рыбы разных видов полностью опровергает мнение, что глав­ ной причиной изменений .их численности является не­ рациональный промысел. Интенсивность промысла ска­ зывается на общей тенденции уловов рыбы, но не на их периодических колебаниях. В данном же случае един­ ственно реальной основой синхронных колебаний раз­ ных видов рыбы в этом районе Тихого океана могут быть природные изменения, в частности возмущения те­ чения Куросио. По материалам И. Б. Бирмана и других авторов, падения уловов, как правило, совпадали с осла­ блением этого теплого потока, и, наоборот, в период потепления, например в 1922—1936 гг., все поколения осенней кеты и сельди отличались высокой численностью. В 1937 г. наступило новое резкое похолодание, и вслед за этим обозначилась резкая депрессия этих видов рыб.

Интенсивность теплого морского течения сказывает­ ся и на гидрометеорологических показателях в пределах материка и, следовательно, на условиях нереста. Меха­ низм солнечного влияния на размножение рыб в самой общей форме выражается как следствие колебаний биомассы планктона, зависящих от температурного ре­ жима океана, что в свою очередь во многом определя­ ется изменениями солнечной активности. Но при этом в разных акваториях отношение показателей температу­ ры поверхностных вод к характеристикам солнечной ак­ тивности различно. Так, в районе Фареро-Шетландских островов фазы 11-летнего цикла солнечной активности и колебаний температуры воды совпадают, а в районе Южной Гренландии имеет место противоположная кар­ тина. Однако 11-летний цикл в вылове рыбы нередко проявляется значительно ярче, чем в гидрологических условиях, поэтому не исключено и непосредственное воздействие агентов солнечной активности на биологи­ ческие объекты.

На основании этого И. Б. Бирман на максимуме

восстановление запасов кеты без применения энергич­ ных рыбоводных мер. Действительно, после 1957 г. чи­ сленность этой породы рыб резко упала. В таких слу­

180

чаях рекомендуется особо строго регулировать промы­ сел, вплоть до запрещения лова слабых поколений, а для этого важно знать экологические особенности от­ дельных видов, ибо только на основе такого знания мож­ но правильно планировать рыбоводные мероприятия. Но для выполнения такой программы нужен долгосрочный прогноз, который, судя по всему, вряд ли возможен без учета солнечных данных. В пользу этого говорят много­ численные наблюдения за динамикой размножения и уловов рыбы в самых различных акваториях. Можно думать, что указанная закономерность является всеоб­ щей. Во всяком случае в районе советского побережья Тихого океана она прослеживается для многих видов рыбы, в том числе и для стада сельди Аляски, наиболь­ шие уловы которой наблюдались в эпохи максимумов

1937, 1946 и 1957 гг.

Важность прогнозов уловов рыбы трудно переоце­ нить в условиях резкого роста населения и необходи­ мости обеспечения его высококачественными белковыми продуктами. Вероятно, разработка прогнозов численно­ сти рыбы по солнечным данным заслуживает самого пристального внимания.

Не менее значимы прогнозы численности других по­ лезных и вредных организмов. По подсчетам специали­ стов ООН, мировые потери урожая от вредителей со­ ставляют не менее 20% его валовой стоимости. Только из-за крыс человечество ежегодно теряет примерно 33 млн. т хлебных злаков. Огромные убытки, особенно в прошлом, приносили массовые налеты саранчи, да и сейчас мы вынуждены зорко следить за размножением этих прожорливых насекомых. За сутки саранча может уничтожить урожай и повредить растительность на ог­ ромных территориях, поскольку дневной «паек» ее стаи достигает тысячи тонн зеленого корма.

Размножение массовых видов вредителей полей, в том числе насекомых, как правило, имеет циклический характер. Солнечная обусловленность этих циклов у саранчи впервые со всей определенностью показана ра­ ботами Н. С. Щербиновского [213]. Знание биологии и экологии саранчи помогло понять причины цикличности ее массовых размножений. С солнечной активностью меняется частота и выраженность осадков в засушли­ вых районах земного шара и, следовательно, интенсив­ ность вегетации растительности. Благоприятные кормо­

181

вые условия приводят к резкому подъему жизнедеяте­ льности насекомых и формированию их стадных форм. Вслед за этим создаются (предпосылки для дальних миграций саранчи.

Как отмечает Н. С. Щербиновский, массовым пере­ летам саранчи шистоцерки присущи те же периоды, что и солнечной активности. Действительно, в XIX в. было девять саранчовых вспышек, и в текущем столетии за 60 лет саранча шистоцерка 6 раз собиралась крупными полчищами. Последний ее залёт на территорию нашей страны был предсказан Н. С. Щербиновским: на мак­ симуме солнечной активности 1958 г. весенние всходы растительности в южной Туркмении вновь подверглись нападению саранчи, но она была быстро ликвидирова­ на благодаря прогнозу.

Точно так же и американские хлопководы и энтомо­ логи сумели подавить массовое размножение листовой совки Алабамы в начале 50-х годов исходя из знания 22-летней цикличности ее размножения. Все это свиде­ тельствует о целесообразности использования данных гелиогеофизики для сверхдолгосрочных прогнозов мас­ сового размножения вредных насекомых.

Как видим, и в развитии популяций насекомых наб­

182

мах, но и на минимумах солнечного цикла. Видимо, ритмы жизнедеятельности насекомых в какой-то мере согласуются с особенностями прироста растений и чи­ сленности рыб, вторичные подъемы которых также на­ блюдаются на предминимумах солнечной активности, что свидетельствует о единстве факторов, определяю­ щих эти колебания. Не исключено, что одним из важ­ ных факторов внешней среды, способствующих возник­ новению таких особенностей динамики биологических процессов, является магнитное поле Земли и околозем­ ного пространства, контролируемое солнечной активно­ стью, о чем наглядно свидетельствуют опыты В. Б. Чер­ нышева [200]. По его данным, вариации магнитной ак­ тивности в естественных условиях, столь живо воспри­ нимаются насекомыми, что это влияние зачастую пере­ крывает действие других факторов. В периоды, магнит­ ных бурь наблюдается такой мощный лёт насекомых, какой не встречается даже при особо благоприятных температурных условиях.

Согласно гипотезе Ф. Брауна [31], суточные и се­ зонные вариации геофизических факторов наряду с цик­ лическими изменениями света и температуры могут служить указателями времени для насекомых, синхро­ низируя их «биологические часы» с истинным временем. Нарушения синхронизаторов времени солнечными про­ цессами приводят к несоответствию поведения живых существ и изменениям их двигательной активности. Кроме того, магнитные факторы небезразличны и для пространственной ориентации насекомых. Поэтому при несовпадении ориентирующих факторов происходит из­ менение (чаще повышение) активности.

Итак, возможны два пути влияния солнечных аген­ тов на биологические системы — «прямой» (через вос­ приятие магнитного поля и космического излучения) и опосредованный метеоусловиями. Подтверждением это­ му служат и наблюдения по динамике млекопитающих.

Колебания численности теплокровных животных

Еще в далекой древности обращалось внимание на ко­ лебания численности животных. За сотни лет до нашей эры у монгольских и тюркских народов существовал

183