25МИРОНОВ А. Д., КАТАЕВ Г Д., КУТЕНКОВ А. П., САЙФИТДИНОВА А. Ф., СТАСЮК И. В., СТРЕЛКОВ А. П.
Кольская экспедиция Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей: опыт сотрудничества общественных и государственных учреждений в изучении Арктики
A. D. MIRO NOV, G. D. KATAEV, A. P. KUTENKOV, A. F. SAYFITDINOVA, I. V. STASYUK, A. P. STRELKOV
The Kola expedition of the St. Petersburg Society of Naturalists: The Experience of Cooperation Between Public and State Institutions in the Study of the Arctic
Сведения об авторах:
Миронов Александр Дмитриевич, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник РОО «Санкт-Петербургское общество естествоиспытателей» (Санкт-Петербург) altam@am2030.spb.edu
Катаев Геннадий Данилович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУ «Лапландский государственный природный биосферный заповедник» (Мончегорск, Мурманская обл.) kataev105@yandex.ru
Кутенков Анатолий Петрович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУ «Государственный заповедник "Кивач"» (пос. Кивач, Карелия) stapesy@mail.ru
Сайфитдинова Алсу Фаритовна, кандидат биологических наук, директор ресурсного центра ЦКП «Хромас», Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург)
Стасюк Иван Вадимович, старший научный сотрудник Музея-усадьбы Н. К. Рериха - Изварский филиал ГБУКЛО «Музейное агентство» (д. Извара, Ленинградская обл.) norroendrengr@mail.ru
Стрелков Алексей Петрович, председатель Полярной секции РОО «Санкт-Петербургское общество естествоиспытателей» (Санкт-Петербург) Alexey110758@gmail.com Authors:
Alexander Dmitriyevich Mironov, Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher of
the "St. Petersburg Society of Naturalists" (St. Petersburg)
altam@am2030.spb.edu
Gennady Danilovich Kataev, PhD in Biology, Leading Researcher of the "Lapland State Nature Biosphere Reserve" (Monchegorsk, Murmansk region). kataev105@yandex.ru
Anatoly Petrovich Kutenkov, PhD in Biology, leading researcher at "State Nature
Reserve "Kivach" (Kivach, Karelia)
stapesy@mail.ru
Alsu Faritovna Saifetdinova, PhD, Director of Resource centre of core facilities "Chromas core facility", Saint-Petersburg State University (St. Petersburg) Ivan Vadimovich Stasiuk, Senior Researcher of the Museum-mansion of N. K. Rerich -Izvara branch of "Museum Agency" (d. Izvara, the Leningrad region) norroendrengr@mail.ru
Alexei Petrovich Strelkov, Chairman of the Polar section of the "St. Petersburg society of
naturalists" (St. Petersburg)
Alexey110758@gmail.com
Аннотация:
Статья посвящена объединению исследователей-энтузиастов вокруг общественной организации - Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей (СПбОЕ), связанных общими интересами и любовью к Северу, не имеющих внешних источников финансирования. Это объединение стало основой многолетнего и плодотворного сотрудничества и самостоятельным исследовательским и мультидисциплинарным проектом с широким территориальным охватом. Ожидается, что биологами Полярной секции СПбОЕ, созданной в 2015 г., будут развёрнуты работы по изучению биоразнообразия и сохранению природной среды в Арктике. В статье рассказывается о методике проведения и результатах наблюдений в 2010-2012 гг. за изменениями популяции норвежского лемминга на Кольском полуострове. Abstract:
The article is devoted to the public organization "St. Petersburg society of naturalists", members of this organization have common interests and love of the North with
no external sources of funding. This Association became the basis for the longstanding and fruitful cooperation and independent research and multi-disciplinary project with wide territorial coverage. It is expected that the biologists of the Polar section of the organization, which was created in 2015, will be deployed to work on the study of biodiversity and preservation of natural environment in the Arctic. The article describes the methodology and results of observations made in 2010-2012 for changes to the populations of Norwegian lemmings on the Kola Peninsula.
Ключевые слова:
Санкт-Петербургское общество естествоиспытателей (СПбОЕ), норвежский лемминг, полевые исследования, учёт и динамика численности леммингов, метод объективного анализа, метод генетического контроля. Keywords:
St. Petersburg society of naturalists, Norwegian lemming, field research, registration and population dynamics of lemmings, the method of objective analysis, a method of genetic control.
Введение
Когда речь заходит о полевых и тем более об экспедиционных исследованиях в Арктике, то, как правило, имеются в виду масштабные и затратные научные проекты, имеющие серьёзное финансовое обеспечение в виде ассигнований из государственного бюджета, крупных научных фондов или корпораций нефтегазовой и энергетической отраслей. В нашей статье речь пойдёт о принципиально иной ситуации, когда простое соединение усилий небольшой группы исследователей-энтузиастов, связанных общей идеей, интересами и, конечно же, любовью к Северу, не имеющих источников финансирования, кроме собственных скромных средств, способно стать основой многолетнего плодотворного сотрудничества и вырасти из частных локально-экологических наблюдений в самостоятельный исследовательский и методический мультидисциплинарный проект с широким территориальным охватом, объединившийся вокруг общественной организации - Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей (СПбОЕ).
Санкт-Петербургское (до 1917 г. Императорское) общество естествоиспытателей, одно из старейших естественно-научных обществ России, было основано в 1868 г. по высочайшему разрешению императора Александра II. Оно принадлежит к плеяде научных обществ,
открытых в пореформенные годы XIX в. при ведущих университетах Российской империи. Исторически связанное с Санкт-Петербургским университетом и долгие годы бывшее его структурным подразделением, с 1992 г. общество было перерегистрировано как независимая региональная общественная организация. Главная задача общества состоит в содействии развитию естествознания, практическому применению его достижений, а также развитию и реализации творческих интересов своих членов. Предметом особой заботы общества являются содействие интеграции естественно-научных знаний, разработка актуальных проблем естествознания, пограничных между разными его направлениями, и привлечение молодёжи к решению этих проблем. В долгой истории общества бывали периоды активной деятельности и застоя, но, несмотря на трудности, оно продолжало работу без перерывов. С середины 1980-х гг. общество переживает период подъёма творческой активности. Оживляются старые направления деятельности, возникают новые. При этом приоритетными направлениями деятельности общества остаются поддержка научного общения в среде естествоиспытателей, комплексное изучение природы Северо-Запада России и работа с молодёжью.
В 2015 г. начала работать новая секция СПбОЕ по полярным исследованиям (Полярная секция). Решение о её создании принято на учёном совете СПбОЕ, на котором председателем секции был утверждён А. П. Стрелков. Организация новой секции была вызвана необходимостью объединения усилий специалистов - членов СПбОЕ, многие годы занимающихся научными исследованиями в полярных регионах (в Арктике и Антарктике). Создание секции призвано способствовать разработке и реализации программ экологического мониторинга в полярных регионах с использованием научно-исследовательского кадрового потенциала, находящегося в распоряжении общества. Эта работа планируется в тесном контакте с ААНИИ, а также с другими научными центрами России. Ожидается, что биологами Полярной секции будут развёрнуты работы по изучению биоразнообразия и сохранению природной среды в Арктике. Намечается участие членов секции в комплексных научных экспедициях, а также подготовка монографий и других публикаций по результатам проводимых работ (http://www.spboe.ru).
Лемминги - легенда Арктики
Пожалуй, именно лемминги и северный олень являются своеобразным «лицом» экологии Арктики и Субарктики. Эти животные -
своего рода олицетворение суровости, неустойчивости и приспособления к экстремальным условиям. Но если северный олень (Rangifertarandus Ь.) - существо практически домашнее и интересует нас не столько своей биологией, сколько диетическим мясом, то лемминги только множат о себе легенды и небылицы. Все о них слышали, мало кто их видел, а из биологии широкой публике известна разве только легенда о том, что они при массовом размножении мигрируют к морю и безрассудно бросаются в него.
Действительно, с периодичностью 4-10 лет (отмечены региональные и видовые различия) происходят вспышки численности этих северных грызунов, которые заканчиваются массовой подвижностью зверьков. И тогда этих относительно крупных, ярких и хорошо заметных грызунов можно встретить даже в северных посёлках и городах.
Есть особенности данной зоологической группы, которые затрудняют изучение их биологии. С одной стороны, это скрытный образ жизни, а с другой - ограниченный набор зоологических методов изучения, труднодоступность естественных местообитаний, невозможность ведения длительных натурных наблюдений.
В Русской Арктике и Субарктике обитает пять видов леммингов. В европейской части России (Кольский полуостров и северная часть Карелии) известны два вида: норвежский лемминг (^ттш Ыттш Ь.) и лесной лемминг (Myopos schisticolor ЬШ.). Пожалуй, именно эти два вида более доступны для изучения, хотя зачастую была налажена только более или менее объективная фиксация колебаний их численности. Например, в Лапландском заповеднике систематический сбор полевого материала по численности леммингов осуществляется с 30-х гг. ХХ в. Массовое размножение, приводящее к высокой численности норвежских леммингов, как правило, охватывает два смежных года: 1929-1930, 1933-1934, 1937-1938, 1941-1942, 1946, 1958-1959, 1969-1970, 1977-1978, 1982-1983 и 2011-2012 гг. До середины 1940-х гг. норвежские лемминги имели циклические изменения численности с пиками каждые четыре года, но позже эта закономерность была полностью нарушена1. У лесных леммингов подъёмы численности происходили в 1933-1934, 1937-1938, 19581959, 1969-1970, 2007-2008 и 2011-2012 гг. Кроме того, лесные лемминги отмечены на Кольском полуострове вне указанных периодов массового размножения: в его центральной части в 1971, 1998-1999,
1 Катаев Г. Д., Окулова Н. М. Норвежский лемминг в период глобального потепления // Доклады Академии наук, 2010. Т. 435. № 5. С. 711-713.
2002, 2011 и 2015 гг.1 и только в южной части в 1982-1983, 19871988, 1991 и 1996 гг.2
С 60-х гг. ХХ в. учёт леммингов проводили методом стандартных ловчих траншей3. Анализ полученных данных показывает, что использование метода ловчих траншей позволяет, во-первых, регистрировать факт присутствия леммингов в изучаемом регионе; во-вторых, сравнивать биотопическую плотность животных; в-третьих, определять многолетнюю численность вида и, в-четвёртых, получать достоверный количественный материал для сравнения уровней численности леммингов во всём их ареале. Однако методы такого учёта сканируют и констатируют только ту или иную фазу популя-ционного процесса, без анализа действенной экологической связи «причина - следствие». Причём методы отлова сами по себе искажают перспективы развития конкретной региональной совокупности особей, безвозвратно изымая «образцовых особей» из будущего их участия в размножении. Изменяется социальная структура поселений, что, конечно, приводит к разнообразным и ещё до конца не понятным нарушениям. О перспективной пагубности такого метода можно только догадываться. К тому же подобные методы негуманны по отношению к этим симпатичным зверькам.
Разработка методов объективного контроля
При изучении экологических особенностей грызунов наряду с учётными работами часто возникает необходимость определить присутствие или посещение того или иного места животным или эффективно провести регистрацию событий при любом уровне освещения, вплоть до полной темноты. Необходимо вести длительные детальные наблюдения за ритмом суточной активности. Важно также отмечать частоту посещений особью гнездовой норы, отдельных экологических атрибутов, устанавливать неочевидное присутствие в контрольных местообитаниях. Именно такого рода
1 Катаев Г. Д., Катаева Р. И. Лесной лемминг в фауне Кольского Севера // Проблемы охраны и изучения природной среды Русского Севера: материалы научно-практической конференции, посвящённой 25-летию государственного природного заповедника «Пинежский». Архангельск, 1999. С. 100-102.
2 Бойко Н. С. Видовое разнообразие и численность млекопитающих (Mammalia L., 1758) на территории и акватории Кандалакшского заповедника // IV-V Международные семинары «Рациональное использование прибрежной зоны северных морей». Кандалакша, 19 июля 1999 г., 18 июля 2000 г. Материалы докладов. СПб., 2002. С. 70-93.
3 Кучерук В. В. Новое в методике количественного учёта вредных грызунов и землероек // Организация и методы учёта птиц и вредных грызунов. М., 1963. С. 159-183.
детализация использования ресурсов пространства позволит понять действительные механизмы адаптации животных к суровой среде обитания.
Традиционные приёмы работы с грызунами нередко имеют свои особенности и ограничения для достижения поставленных целей, при выполнении современных задач. Развитие прижизненных, не-инвазивных приёмов предусматривает соблюдение не менее важного условия, чем цель работы, - сохранение жизни особи, даже если это «простая мышка». Всё чаще начинают применять разного рода дистанционные инструментальные приёмы (фото, видео, аудио) фиксации событий. Для изучения экологии грызунов мы стали использовать бюджетные видеорегистраторы1.
В 2010 г. в рамках исследований лаборатории зоологии позвоночных биологического факультета СПбГУ по экологии норвежского лемминга А. Д. Мироновым и А. П. Стрелковым на базе Кандалакшского заповедника в посёлке Дальние Зеленцы (северный берег Кольского полуострова) был начат цикл мониторинговых исследований сезонной подвижности лемминга. Наряду с исследовательскими задачами была поставлена и методическая, ставшая стержневой в деятельности авторского коллектива в 2011-2016 гг.: разработка, апробация и внедрение методики мониторинга суточной активности мелких млекопитающих на учётных линейных трансектах с использованием видеорегистраторов. Практика показала, что для полевого применения необходимо устройство, которое должно быть: компактным и лёгким; легко настраиваемым; иметь возможность работы при любом световом режиме; с независимым и минимальным энергопотреблением; с максимальным информационным ресурсом; неуязвимым к метеоусловиям; недорогим в приобретении и эксплуатации.
Для достижения поставленных целей мы использовали новое (на тот момент) поколение автомобильных видеорегистраторов, оснащённых встроенной светодиодной инфракрасной подсветкой, что позволяло легко удовлетворить многие из перечисленных потребностей исследователей2. Технические характеристики, методические
1 Миронов А. Д., Стрелков А. П., Чистова Т. Ю., Голубева О. М. Опыт применения компактных малобюджетных видеорегистраторов при изучении экологии мелких грызунов // Дистанционные методы исследований в зоологии. М., 2011. С. 53.
2 Миронов А. Д., Катаев Г. Д., Стасюк И. В. Разработка методов объективного контроля сезонной подвижности грызунов // «Териофауна России и сопредельных территорий». Материалы межд. совещ. (Х Съезд Териологического общества при РАН). М., 2016. С. 266.
возможности, бюджетная доступность делают эти устройства перспективным помощником в экологических исследованиях. Появилась возможность проводить простые, точечные наблюдения: посещение отдельных нор, присутствие в конкретных точках (кто, когда). Именно таким образом была зафиксирована миграционная активность норвежского лемминга на опытных полигонах в Кандалакшском заповеднике в 2011 г.1 А объединяя «точки регистрации» в цепи и сети, можно контролировать территориальные перемещения и временную структуру уже целых поселений.
В августе 2015 г. на базе Лапландского государственного заповедника были проведены предварительные исследования возможностей организации видеорегистрационного линейного трансекта для экологического мониторинга. Было задействовано 10 видеорегистраторов типа DRV 127. Регистраторы были выставлены на тропе (склон Ельнюн II, южный отрог хребта Чунатундра) через 10-15 м. Основная задача видеорегистрационной «ловчей линии» заключалась в подтверждении обитания норвежского и лесного леммингов и оценке сезонной подвижности совместно обитающих грызунов (лесные полёвки g. Myodes). Получен уникальный, обильный видео- и аудиоматериал, причём не только по экологии грызунов, но и по активности других животных, использующих тропы для перемещений (например, куница Martes martes L. или гадюка Vipera berus L.).
В сентябре 2016 г. на базе государственного заповедника «Кивач» были проведены работы по сопоставлению результатов традиционных (ловчие канавки, ловушки Геро) и видеорегистрационных методов учёта.
Были уточнены, разработаны, решены, а в некоторых случаях лишь сформулированы следующие условия работы с новым видом мониторинговых трансектов.
1. Организационные: вопросы длительности наблюдений (экспедиционные, стационарные, полустационарные); оценка возможностей (бюджетность, эффективность, маневренность, техническая и экономическая доступность).
2. Технические: выбор камеры, рабочих функций (скорость, пакеты, звук, датчик движения, внешнее питание, носители информации, синхронизация временных отметок, маркировка и локация пикетов).
1 Mironov A., Strelkov A., Chistova T. Method of the Study of Norwegian Lemming, Lemmus lemmus L., mobility // 13th Rodens et Spatium. International Conference on Rodent Biology. Rovaniemi, Finland. July 16-20, 2012. P. 118.
3. Зоологические: задачи, объект, длительность, выбор полигона (линейный, сетчатый, количество пикетов), установка камеры (ориентация, высота, подсветка, защита от осадков и вандалов), расчёт времени установки и смены карт памяти. Сроки регистрации (сезонность, суточность). Особые проблемы: идентификация объектов (видовая и индивидуальная) и дистанционные приёмы определения пола и возраста.
4. Этап обработки: накопление, копирование, просмотр (экспресс, скорости, тщательность, ночные и дневные материалы), протокол, анализ, формы отображения результатов, архив.
Метод генетического анализа
Наши наблюдения 2010-2012 гг. за взлётом и крахом популяции норвежского лемминга подсказали необходимость, а знакомство с научными публикациями - и возможность проведения анализа мигрирующего населения на предмет его популяционно-генети-ческого разнообразия. Весной 2012 г. повсюду в тундрах Кольского полуострова, Фенноскандии встречались останки норвежского лемминга. В отдельных местах скопление мумифицированных трупиков было поразительное (пробная площадка «Дальние Зеленцы»: 93 особи на 400 м2). Было собрано некоторое количество материала для молекулярно-генетического анализа. Появилась возможность проверить гипотезу о дрейфе генов при сезонных дисперсиях.
Молекулярные маркеры очень хорошо использовать в популя-ционно-генетических исследованиях при необходимости различения отдельных особей, демов или близких популяций, при изучении истории популяций в небольшом регионе, на широкой географической шкале1. В качестве маркеров используются различные участки митохондриальной ДНК.
Реализация генетических проектов стала реально возможна в Санкт-Петербургском государственном университете, где в последнее время организована система так называемых ресурсных центров коллективного пользования, которые позволяют воплотить желание (и необходимость) применить самые современные (а значит, дорогостоящие и технически сложные) методы сопряжённых исследований. «Исследования проводятся с использованием оборудования
1 Neigel J. E., Ball R., Martin R., Avise J. C. Estimationof single generation migration distances
from geographic variation in animal mitochondrial DNA // Evolution. 1991. V. 45. № 2. P. 423-432; Банникова А. А. Молекулярные маркеры и современная филогенетика млекопитающих // Журнал общей биологии. 2004. Т. 65. № 4. С. 278-305.
ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Хромас»1 и оборудования ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий». Здесь были предоставлены не только оборудование, расходный материал, но и, что самое важное для «начинающих генетиков», консультационное сопровождение на всех этапах обработки лемминговых проб, обучение методам минимально необходимого для современных экологических и таксономических исследований молекулярно-генетического анализа (генетическая таксономическая диагностика, генетическое определение пола, генетическая изменчивость видов и популяций и др).
Группа и взаимодействие
Система государственных природных заповедников создавалась, чтобы не только сохранять, но и наблюдать, изучать биоразнообразие в естественных условиях. Однако объективные и субъективные обстоятельства (нехватка средств и кадров, загруженность и т. д.) тормозят это развитие. «Кавалеристские наскоки» сторонних специалистов хотя и позволяли открыть отдельные интересные эпизоды, но в целом не способствовали повышению цельности и системности исследований. В ходе работ, конечно, происходит обмен информацией, но методическое разночтение, временная рассогласованность, целевые интересы и возможности тоже не ведут к координации.
В ходе наших работ (во многом ситуативно, исходя из практических потребностей, возможностей и целесообразности) сформировалась оригинальная форма групповой работы: «подвижная» группа, оснащённая набором видеорегистраторов, аккумуляторов большой ёмкости, запасом карт памяти и накопителей, приспособлениями для установки, автомобилем повышенной проходимости и прочим оборудованием, периодически курсирует между стационарами вдоль Мурманского шоссе от Санкт-Петербурга до северного побережья Кольского полуострова, в то время как «резиденты» - научные сотрудники заповедников - осуществляют круглогодичные работы на местах. Обе части исследовательской группы имеют специфические навыки, знания и проистекающие из них задачи, а длительность и периодичность работ создают почву для тесной координации, систематических наблюдений и сопоставления данных.
1 Гагинская Е. Р. 2008. ЦКП «ХРОМАС» в Санкт-Петербургском государственном университете: организационные аспекты и опыт работы // Развитие сети центров коллективного пользования научным оборудованием. Краснодар, 2008. С. 101-104.
Археологические исследования
В 2014 г. к работе экспедиции подключился музей-усадьба Н. К. Рериха в Изваре, являющийся одновременно особо охраняемой природной территорией - памятником природы Ленинградской области - и центром археологического изучения Ижорского плато и Полужья. Был поставлен вопрос о расширении программы полевых исследований Кольской экспедиции, включении в неё археологического и палеоэкологического направлений, изучении памятников археологии эпохи Средневековья.
В археологии Кольского полуострова основное внимание традиционно уделяется древностям эпохи камня. Средневековые древности, особенно центральной и северной частей полуострова, фактически не изучены1. Наличие в составе Кольской экспедиции СПбОЕ специалистов разных профилей - археологов, экологов, зоологов - открывает перспективы для исследования как традиционной истори-ко-археологической проблематики (истории материальной культуры местного населения в эпоху железа, этнокультурных особенностей, расселения и колонизации и т. д.), так и междисциплинарных исследований особенностей освоения арктических ландшафтов средневековыми коллективами, механизмов адаптации человеческих популяций к экстремальным природно-климатическим условиям и иные палеоэкологические аспекты.
В силу ограниченности сроков полевых работ и немногочисленности коллектива на данном этапе ставится скромная задача: сбор, анализ, систематизация сведений о находках древностей эпохи железа в центральной и северной частях полуострова. Так, информация о находке средневекового копья в среднем течении реки Чуны (сообщение Г. Д. Катаева) является косвенным указанием на наличие археологического памятника - могильника, жертвенного места или поселения. Эта труднодоступная территория никогда прежде не обследовалась археологами и является одним из белых пятен на археологической карте России. Сведения о находках средневековых орудий труда на берегу реки Суны дополняют картину освоения Средней Карелии (сообщение А. П. Кутенкова).
Основные результаты
1. Повышение объективности исследований (фактор «присутствия исследователя», ограничение неестественных помех), детализация
1 Гурина Н. Н., Овсянников О. В., Рябинин Е. А. Средневековые древности Кольского полуострова // Финны в Европе. Х1-ХУ века. М., 1990. Вып. 2. С. 125-134.
проявлений экологии (экология особи, персональная экология), внимание к тонким связям в процессах.
2. Разработка и широкое применение неинвазивных (дистанционных) методов в полевых исследованиях экологии (прямые наблюдения, автоматизация визуальных наблюдений). Оригинальные методы.
3. Комплексное исследование явления. Адаптация к полевым условиям методов сбора информации и образцов при смежных биологических исследованиях (популяционная генетика, экологическая физиология и биохимия, полевая микробиология и паразитология, экологическая аналогия в этнографии).
4. Формирование ситуативных рабочих групп с прямым и непрямым (консалтинг) участием специалистов биологического, антропологического и административного профиля. Новый подход к организации длительных и систематических исследований на опорных территориях: мобильная техническая группа - резиденты - научные сотрудники в заповедниках. Формы экологического аутсорсинга.
