Белокорая сосна в беде. Можно ли её спасти?

Мертвые белокорые сосны возле бассейна Эсмеральда, Вашингтон. РИЧАРД ДРОКЕР ЧЕРЕЗ FLICKR

Белокорая сосна, когда-то распространенная на Западе, сейчас уничтожается смертельным грибком, разрушительными жуками и изменением климата. Ученые надеются, что достижения в секвенировании генов и недавнее внесение вида в федеральный список находящихся под угрозой исчезновения ускорят поиск устойчивых особей, которые можно будет размножать и использывать для создания семенных плантаций.

Белокорая сосна, расположенная на самых высоких склонах западной части Северной Америки, приспособилась к самым суровым условиям произрастания на континенте. Температура в субальпийской зоне, где она процветает, часто значительно ниже нуля, снег измеряется футами, а скорость ветра часто превышает 100 миль в час. Эти толстые искривленные деревья сохранились: самые старые из них растут уже почти 13 веков.

Но в этом высокогорном редуте произошли изменения, которые поставили под угрозу выживание не только белокорой сосны, но и множество других существ — от птиц до медведей, — которые полагаются на этот краеугольный вид. Более высокие температуры, грибковое заболевание, называемое пузырчатой ржавчиной белой сосны, и стаи горных сосновых жуков убили сотни миллионов белокорых сосен по всему Западу. Лесные пожары наносят все больший ущерб, а другие виды хвойных деревьев движутся вверх по склону в быстро меняющейся окружающей среде, вытесняя белокорую сосну в борьбе за питательные вещества и влагу.

В некоторых районах, в том числе в пределах экосистемы Северного континентального водораздела, в центре которой находится национальный парк Глейшер, погибло более 90 процентов белокорых сосен. По всему ареалу обитания мертвых деревьев больше, чем живых, а высокогорные местообитания во многих местах отмечены скелетными остатками усохших деревьев.

В прошлом месяце исследователи завершили секвенирование генома белокорой сосны, используя ДНК здорового дерева.

В последнее время усилия по сохранению и восстановлению белокорой сосны активизировались. Ученые, использующие новые генетические методы, спешат найти устойчивые к болезням деревья, которые можно будет размножать и сажать на уничтоженных территориях. В декабре 2022 года Служба охраны рыбы и дикой природы США включила белокорую сосну в список видов, находящихся под угрозой исчезновения (Канада также считает, что это дерево находится под угрозой исчезновения), и в настоящее время  разрабатывает план его восстановления. Тем временем Фонд экосистемы сосны белокорой и природоохранная организация «Американские леса» — в консультации с Лесной службой США, Службой национальных парков, Бюро землеустройства и правительствами племен — создают дорожную карту восстановления, в которой основное внимание уделяется приоритетным областям.

Новые инициативы основаны на многолетних усилиях по восстановлению белокорой сосны. В течение многих лет на высокогорном Западе исследователи и менеджеры прочесывали мертвые и умирающие белокорые сосновые насаждения, чтобы найти деревья, которые все еще зеленые и здоровые. Они собирали шишки, затем в течение двух лет выращивали сеянцы в  теплице, подвергая их воздействию спор пузырьковой ржавчины. (Лесная служба управляет исследовательскими центрами по деревьям в Айдахо и Орегоне, а Конфедеративные племена Салиш и Кутенай строят вторую большую теплицу в своей резервации в западной Монтане.) Затем посадочный материал высаживают на открытом воздухе и контролируют.

Майк Дугло-младший из племен Салиш и Кутенай прогуливается мимо останков 2000-летней белокорой сосны. CHIP SOMODEVILLA / GETTY IMAGES

Те растения, которые выживают при контакте с грибком два-три года, пересаживают в места, где вероятно присутствие спор патогена, и контролируют еще как минимум три-пять лет. Выжившие в этом раунде будут переселены на федеральные и племенные земли по всей стране. Это элитные деревья, от которых зависит будущее сосняка белокорого.

Очевидно, что выявление деревьев, устойчивых к болезням и климату, — это долгосрочный проект: дереву требуется 30 лет, чтобы начать плодоносить и целых 80 лет, чтобы дать урожай орехов, достаточно большой, чтобы играть функциональную роль в экосистеме. Усилия по отбору и проверке деревьев на устойчивость весьма дорогостоящие: от 1200 до 1800 долларов за дерево. Хорошей новостью является то, что в прошлом месяце исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе завершили секвенирование генома белокорой сосны, используя ДНК здорового дерева недалеко от Бенда, штат Орегон.

Это была непростая задача — геномы хвойных в 3–10 раз больше генома человека. Хорошо, что развивающиеся геномные технологии сократили время секвенирования. Этот прорыв позволит исследователям разработать способ быстрого выявления деревьев, которые одновременно устойчивы к пузырчатой ржавчине белой сосны и адаптированы к более теплым и засушливым условиям, связанным с изменением климата.

Секвенирование геномов хвойных пород позволит целенаправленно восстанавливать деревья, способные противостоять засухе и патогенам.

«Мы пытаемся создать “23andMe” для деревьев», — сказал Дэвид Нил, председатель Фонда экосистемы белой сосны и руководитель проекта «Геном белой сосны», имея в виду компанию в Калифорнии, которая секвенирует ДНК человека для выявления информации о здоровье и происхождении.  «Лесник выходит и собирает небольшое количество иголок с сотен, тысяч, десятков тысяч деревьев, отправляет их [в лабораторию] и получает обратно отчет о риске или потенциальной устойчивости к патогену. Это сократит время, необходимое для идентификации деревьев, с нескольких лет до недель и будет стоить всего 100 долларов за дерево».

Нил и его коллеги  секвенировали геномы гигантской секвойи, прибрежного красного дерева и сахарной сосны, а также других деревьев. Во многих местах хвойные виды находятся на передовой борьбы с изменением климата, и секвенирование геномов позволит целенаправленно восстанавливать генетически жизнеспособные деревья, способные противостоять засухе и патогенам. Почти 20 процентов крупных деревьев секвойи были потеряны, поскольку климат стал жарче и суше, а лесные пожары стали более частыми. Насекомые также представляют собой растущую угрозу для большого количества деревьев.

Пузырчатая ржавчина белой сосны — инвазионное грибковое заболевание, родом из Азии. Грибок попал  в США с грузом саженцев белой сосны, импортированных из Европы в начале 20 века. С помощью ветра с западного побережья он широко распространился, проникнув в страны белокорых сосен в Айдахо, Монтане и других горных регионах. Однако только в 1990-х годах люди начали беспокоиться о его негативном влиянии на вид.

Слева: пузырчатая ржавчина на белокорой сосне. Справа: Белокорая сосна выделяет смолу, чтобы не позволить горному жуку проникнуть в буровую нору. КРИСТЕН ЧЕДВИК / МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА США; ЭРИН ШАНАХАН / НПС

В той или иной степени ржавчина поразила все пятихвойные сосны на Западе, к которым, помимо сосны белокорой, относятся гибкая, западная белая (горная Веймутова), лисохвостая( Бальфуриана) и сахарная (Ламберта) сосны. Ржавчину ещё не видели у щетинистой (остистой) сосны Большого Бассейна, самого долгоживущего дерева в мире. (Знаменитое дерево Мафусаила в национальном лесу Иньо принадлежит к этому виду.)

«Люди бдительны», когда дело доходит до остистой сосны, говорит Диана Томбак, профессор интегративной биологии в Университете Колорадо, Денвер, а также координатор политики и информационно-пропагандистской деятельности Фонда экосистемы сосны белокорой. «Эксперименты показывают, что вид подвержен пузырчатой ржавчине. Но он растет в очень холодной и сухой среде, которая в настоящее время неблагоприятна для распространения патогена».

По мнению Томбак и других ученых, распространению гриба способствует изменение климата. «Более высокие температуры сейчас позволяют спорам передаваться на возвышенности, даже на границы древесного ареала и на северной окраине хребта белокорых сосен», — сказала она.

Поскольку абсолютные минимальные температуры в высокогорных долинах Запада повысились (от шести до десяти градусов по Фаренгейту) и сократилась продолжительность периодов сильного холода, высокогорные районы стали более гостеприимными и для горных сосновых жуков, местных вредителей. Более высокие температуры позволяют жукам сохраняться в течение зимы. Весной взрослые особи внедряются под кору белокорых сосен и выкапывают бороздки, называемые галереями, в которые откладывают яйца. Когда личинки появляются, они пожирают слой камбия дерева, убивая деревья.

Когда белокорые сосновые леса приходят в упадок, характерная экосистема разрушается, что влияет на среду обитания и пищу для множества видов.

Конфедеративные племена Салиш и Кутенай стали свидетелями серьезных изменений на 105 000 акрах белокорого соснового леса в своей резервации в западной Монтане, площадью 1,3 миллиона акров. С 2012 года они работают над спасением этих лесов, находя устойчивые экземпляры сосен, а затем размножая и сажая их потомство в своей теплице. «Конечно, это срочно», — сказал ШиНааша Пит, племенной лесник. «Хорошие 75 процентов практически уничтожены. У нас есть пузырчатая ржавчина, но мы также боремся с огнем. За последние три года на возвышенностях были пожары, и мы потеряли среду обитания».

Когда белокорые сосновые леса приходят в упадок, характерная экосистема разрушается. «Белокорая сосна находится в центре сети биоразнообразия», — отметил Томбак. «Она обеспечивает экосистемные услуги, поскольку растет в суровых условиях на самой высокой высоте, защищая снежный покров и регулируя поток воды вниз по течению».

Белокорые сосновые леса обеспечивают среду обитания для множества видов, включая хищников, птиц и мелких млекопитающих, а также значительное количество пищи. Сосна дает орех размером с клюкву, богатый жирами и белками. Эти семена едят синицы, поползни, стеллеровы сойки, клесты, гробоклювы, дятлы и множество других птиц.

Саженец белокорой сосны, посаженный в выжженном лесным пожаром лесу в национальном парке Глейшер. CHIP SOMODEVILLA / GETTY IMAGES

Североамериканская ореховка или ореховка Кларка (близка к европейской сойке М.П.) Это самый известный обитатель экосистемы белокорой сосны, имеющий решающее значение для её существования. Ореховка – единственный вид прячущий семена сосны, тем самым обеспечивающий её возобновление и распространение. Томбак провела последние пять десятилетий, изучая связь между этим видом врановых и белокорой сосной. По ее словам, у птицы и дерева мутуалистические отношения. Птица собирает огромное количество орехов и закапывает их повсюду, чтобы съесть на зиму. В тайниках содержится от одного до 14 орехов, а одна птица может закопать до 98 000 орехов за один сезон. Ореховка известна своей превосходной пространственной памятью: она помнит, где было зарыто больше всего орехов. Однако те орехи о которых птицы забывают, выживают и становятся следующим поколением белокорых сосен.

В последнее время отношения между ореховкам и и белокорыми соснами, похоже, разрушаются. Популяции птиц в некоторых местах сократились из-за вымирания белокорых сосновых лесов. Поскольку меньшее количество ореховок сохраняет меньше семян сосны вид хуже размножается и его вымирание ускоряется.

Утрата белокорой сосны также может привести к сокращению численности красных белок, которые зависят от орехов, которые они собирают в кучах листьев и мусора. Сокращение численности белок, в свою очередь, может повлиять на хищников, которые едят белок, в том числе на канадскую рысь, лисицу и медведей, которые совершают набеги на тайники с беличьими орехами в поисках полноценной еды во время гиперфагии, когда они готовятся к спячке.

Сохранение экосистемы в неприкосновенности или восстановление ее там, где она развалилась, требует огромных, долгосрочных и неопределенных по объему усилий.

Для медведей деревья важны по другим причинам. Орехи созревают осенью, привлекая медведей из населенных пунктов в высокогорную местность, где они реже вступают в конфликты с людьми. Исследования показывают, что пометы медведей, которые едят кедровые орехи, имеют лучшую выживаемость.

Сохранение этой экосистемы в неприкосновенности или восстановление ее там, где она распалась, будет огромным, долгосрочным и неопределенным усилием. «Я бы сказал, пятьдесят на пятьдесят», — оценил вероятность успеха Ной Гринвальд, директор по исчезающим видам Центра биологического разнообразия, который не участвует в проекте. Частично это связано с бюрократией: впервые дерево было предложено для внесения в список в 2008 году, но оно было внесено в список Службы рыболовства и дикой природы только в прошлом году, что замедлило любое планирование восстановления.

Еще одним аспектом является быстро меняющаяся среда высокогорья. «Я приветствую эти усилия», — сказал Гринвальд. «Но масштабы пугают. Существует большая вероятность возгорания, и горный распространения болиголова на горельниках.”

Несмотря на повсеместное вымирание деревьев, Томбак считает, что масштабные усилия по выращиванию и пересадке белокорой сосны, недавно внесенной в список видов, находящихся под угрозой исчезновения, а также достижения в области её генетики дают этому виду шанс на борьбу. «Тот факт, что у нас так много людей, которым это небезразлично, — дает надежду на лучшее будущее белокорой сосны», — сказала она. « В сокращении экосистем белокорой сосны нет никаких сомнений. Однако, я уверена в том, что мы сможем сохранить вид в ландшафте на неопределенный срок».