Биолог — об исчезающих видах, экоциде и возможностях предсказания эпидемий

Биолог — об исчезающих видах, экоциде и возможностях предсказания эпидемий

  • Post category:Новости

«РБК Стиль» узнал у биолога Дмитрия Щигеля, сколько существует видов жизни на Земле, где находятся места с самой уникальной природой и как сокращение биоразнообразия планеты влияет на человека

2020-й запомнится проблемами не только эпидемиологическими, но и экологическими: разлив дизеля в Норильске и красные приливы на Камчатке — два ярких примера. И эти две повестки не всегда идут параллельно. Так, вспышка той или иной болезни может произойти из-за уничтожения ареала обитания ее переносчика, а данные биологов нередко позволяют выявить потенциальные эпидемические очаги. Об этом, а также о состоянии биоразнообразия в России и в мире нам рассказал научный сотрудник секретариата Глобальной информационной системы о биоразнообразии (GBIF).

Дмитрий Щигель 

биолог, научный сотрудник секретариата Глобальной информационной системы о биоразнообразии (GBIF), доцент Хельсинского университета

Сколько известно биологических видов

Согласно Catalogue of Life, сегодня известно около 2,2 млн видов, для которых существуют формальное научное описание и название. Общее количество видов колеблется около 8 млн. Таким образом, за 285 лет, прошедших с момента выхода в свет первого издания Systema Naturae, подготовленного шведским ученым Карлом Линнеем, выполнено примерно 25% работ по научному описанию и обнаружению видов, причем процесс этот идет неравномерно.

По всей видимости, большинство видов млекопитающих и птиц нашей планеты уже описано. Каждый год, особенно в малоизученных регионах Земли, находятся новые виды, но описание нового вида крупных млекопитающих — это большая новость. Например, в начале 1990-x на территории Вьетнама был обнаружен и описан новый вид антилопы — саола. Такого рода открытия регулярно делались в XVIII—XIX веках, но в дальнейшем фокус и исследований, и описаний новых видов сместился на менее заметные группы. Ежегодно создаются тысячи новых описаний видов беспозвоночных. Описание видов — кропотливый ручной процесс, который требует специальных знаний. Огромное количество видов насекомых, грибов, микроорганизмов остаются пока неописанными. Понятно, что количество ученых, способных заниматься описанием новых видов каждый день, и количество неизученных видов несопоставимо. С текущей скоростью, описание всех видов жизни на Земле может занять сотни лет.

Красноглазые квакши (Agalychnis callidryas) — ночные древесные животные, обладатели громких голосов и охотники за летающими насекомыми. Уничтожение местообитаний приводит к снижению численности квакш. Залив Дрейка, Коста Рика.

© Дмитрий Щигель

Влияние человека на биосферу

Думаю, можно смело заявить, что наше влияние деструктивно. Эволюционный успех нашего вида, размножение, способность выживать в агрессивной среде, и изменение среды в соответствии с нашими нуждами приводит к уничтожению других видов. Вероятнее всего, человек — самый деструктивный среди всех видов, которые когда-либо жили на планете. Наше влияние масштабно. Мы одновременно влияем на птиц, насекомых, почвы, океаны, бактерии, млекопитающих, вирусы. Практически каждый технологический, индустриальный, сельскохозяйственный прорыв происходит за счет биосферы. Определенная надежда есть на то, что биосфера способна самовоспроизводиться: уничтоженные сообщества рано или поздно заменяются новыми, если на этом месте не строятся города или дороги. В 2020 году впервые масса всех конструкций, созданных человеком, превысила массу всех живых организмов на планете. Важно понимать, что новые сообщества, возникающие взамен уничтоженных, в корне отличаются от первичных, формирование которых заняло сотни и тысячи лет. Малонарушенный лес, городской лесопарк и лесопосадки могут восприниматься как схожие зеленые зоны, но на самом деле повышение комфортности городских лесов для прогулок и выращивание деревьев для промышленных целей снижает, по сравнению с природными сообществами, и количество видов, и сложность лесных систем, и их устойчивость. Проблема, которую приходится решать человечеству постоянно, — это необходимость накормить всех людей. Решение этого вопроса без деструктивного влияния на биосферу — очень трудная задача.

В этом контексте можно упомянуть цели устойчивого развития ООН. Они направлены на поиск и достижение способов стабильно и благополучно существовать не за счет уничтожения жизни вокруг себя, а за счет эффективного использования ресурсов в определенных рамках. Цели устойчивого развития очень важны как минимум в качестве ориентиров, к которым стремится человечество. Переход от восприятия этих целей как далеких сияющих маяков к практическим повседневным ориентирам наиболее вероятен в странах, обладающих достаточным научным, экономическим, технологическим потенциалом, там, где долгосрочная стабильность и благосостояние планеты принимаются во внимание в политических кругах.

Сколько из ранее открытых видов уже исчезло

В международном Красном списке угрожаемых видов есть раздел, в котором перечислены виды, исчезнувшие с лица Земли. Согласно последнему обновлению Международного союза охраны природы (МСОП) на 10 декабря 2020 года, около 1 тыс. видов исчезли навсегда или не встречаются в дикой природе, а более 35 тыс. видов находится под угрозой. МСОП работает на базе экспертных оценок: группы специалистов на основе научных критериев рассматривают состояние каждого вида, и присваивают им определенные охранные статусы. Списки таких видов составляются и обновляются для всей планеты начиная с 1964 года, но приведенные цифры учитывают и более ранние утраты: например, исчезнувшую в XVII веке птицу додо.

© Shutterstock

Здесь важно сделать некоторые уточнения. Эти цифры относятся к оценкам глобальных процессов и не учитывают локальные исчезновения и угрозы, отраженные в национальных, региональных и городских Красных книгах. Даже если в глобальном масштабе вид существует более или менее стабильно, то в пределах отдельной страны, области или города тот же самый вид может находится под угрозой вымирания. При этом компенсация локальных рисков за счет регионов, где нет угрозы вымирания для вида, часто бывает невозможна. Природные местообитания становятся все более фрагментированными, разобщенными и далеко не все виды способны к эффективным миграциям и повторному заселению местообитаний, которые тоже, в свою очередь, подвергаются изменениям. Кроме того, на сегодняшний день эксперты МСОП оценили статус лишь около 130 тыс. видов, а охранный статус большинства видов пока не был подробно рассмотрен экспертными группами и остается неясным. Установлено также, что уничтожение дождевых лесов, усилившееся в последние годы, как и изменение других центров биоразнообразия, приводит к тому, что исчезают виды, так и оставшиеся неизвестными.

Согласно последней оценке Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), под угрозой исчезновения находятся около 1 млн видов — то есть около половины научно описанных, или около одной восьмой предполагаемого числа всех видов на Земле. Специалисты IPBES с учетом данных и опыта МСОП применили принципиально иной подход к оценке глобальных рисков. Исходя из оценочной цифры в 8,1 миллион видов, и, применяя критерии МСОП к разным группам видов, в IPBES пришли к выводу, что в среднем, исключая насекомых, около 25% видов находятся под угрозой. Среди насекомых в зоне риска около 10% видов.

В 2020 году объявлен исчезнувшим с лица Земли один из видов акул Южно-Китайского моря, впервые обнаруженный в 1934 году и описанный лишь в 2019-м. Проникновение чужеродных видов и хищнический вылов привел к исчезновению всех 17 видов пресноводных рыб в одном из озер Филиппин. Список продолжают амазонские амфибии, гибнущие от хитридиомикозов. Статус небольшого количества видов улучшается за счет успехов природоохранной деятельности.

Что такое экоцид и чем он опасен для человека

Есть такое громкое слово — «экоцид», по аналогии с геноцидом. Может показаться, что экоцид — термин природозащитников с горящими глазами, однако он имеет вполне конкретное значение. Статья 358 УК РФ определяет состав преступления как «массовое уничтожение растительного или животного мира, отравление атмосферы либо водных ресурсов, а также совершение иных действий, способных вызвать экологическую катастрофу».

Экоцид в разных масштабах происходит по всему миру прямо сейчас, но происходит, как правило, не перед нашими глазами, а вдали от наших домов и путей передвижения. Это нарастающая и нерешенная проблема, а последствия уничтожения видов и сообществ в полной мере, вероятно, предстоит испытать и осознать только следующим поколениям.

Долина реки Чульча — доступный для ограниченного посещения участок Алтайского государственного природного биосферного заповедника. Особо охраняемая природная территория входит в состав объекта всемирного наследия ЮНЕСКО «Золотые горы Алтая».

© Дмитрий Щигель

Весьма вероятно, что сегодняшние сценарии взаимоотношений человека и биосферы, в особенности уничтожение естественных местообитаний видов, приведут к тому, что многие потенциальные возбудители болезней будут и дальше менять своих хозяев, выходить из очагов и резервуаров за нынешние пределы, вызывая новые болезни человека. Связь между биоразнообразием и рисками появления новых болезней сейчас изучается очень активно, поскольку это одна из самых актуальных проблем.

Какие места на планете отличаются наибольшим биоразнообразием

Сложно выбрать критерии, с которыми все будут согласны. Но есть так называемые biodiversity hotspots, то есть «горячие точки биоразнообразия» — это районы, где разнообразие видов и их уникальность настолько колоссальны, а масштаб уничтожения первичной растительности настолько велик, что эти места стали зоной кризиса. Буйство и уязвимость жизни на Мадагаскаре, Борнео, в Центральной Америке и атлантических леса Бразилии ошеломляющи. Многие из таких регионов находятся в тропиках и в экваториальном поясе, вблизи океанских побережий. Это лишь один из многих подходов к зонированию поверхности Земли по уникальности биоразнообразия в различных регионах; также учитывают общее видовое богатство, виды, находящиеся под угрозой исчезновения, разнообразные группы живых организмов, текущие угрозы и риски и другие факторы.

Как обстоят дела с биоразнообразием в России

Россия — большая страна, и здесь очень много неповторимых мест, как в ландшафтном смысле, так и в смысле биоразнообразия. Масштабы территории страны требуют значительных ресурсов и новых технологических прорывов для эффективного изучения и интеграции данных — это необходимые условия для охраны природы и устойчивого природопользования в России. Если говорить о местах, где встречаются виды, которые не встречаются больше нигде, то фокус нашего внимания сместится в сторону южных горных районов, побережий морей и глубоких озер. Если вести речь о сообществах, группах животных, растений, других организмов, которые живут вместе в уникальных сочетаниях, то таких мест очень много, причем подобные сообщества можно найти и вблизи больших городов. В Подмосковье можно упомянуть Приокско-Террасный заповедник (главной достопримечательностью которого стал зубровый питомник — «РБК Стиль») и заливные луга в пойме Оки.

Для меня как сухопутного биолога особенной привлекательностью обладают горные системы: Урал, Сихотэ-Алинь, Алтай, Саяны. Раздробленность ландшафта, высотные пояса, контрастные микроклиматические условия и режимы увлажнения создают совершенно фантастические условия для совместного существования и выживания видов. Очень интересен Кавказ — это уникальная флора и фауна, и, несмотря на то, что это регион, где очень давно живут люди, горные склоны и сложность рельефа служат защитой для выживания разных видов. Многие особо охраняемые территории закрыты для посещения, но заказники, национальные парки, памятники природы более доступны. Часто людей приводят в восторг млекопитающие и птицы, меня же всегда манили насекомые, грибы, растения — красота, сложность и уязвимость микромира. Попадая в новый для меня регион, отдав должное красотам ландшафтов, я, как правило, достаю не бинокль, а макрообъектив. Поразительно, что фокус не только натуралистического, но и научного внимания остается смещенным в сторону крупных форм жизни, в то время как с функциональной точки зрения в ключевых для планеты процессах завязаны беспозвоночные, грибы, бактерии и другие малозаметные существа. Бесценным, очень богатым местообитанием являются сухостойные и упавшие деревья — на мертвой древесине живет множество лесных видов.

Долина реки Катунь, Алтай

© Shutterstock

Как происходит обнаружение новых видов в современном мире 

При помощи молекулярно-генетических методов мы можем гораздо быстрее обнаруживать не описанные ранее виды. Есть несколько новых очень крупных проектов, работающих в этом направлении. Например, международная инициатива Barcode of Life запустила проект Bioscan, существует также масштабный проект Lifeplan Хельсинского университета. Эти проекты, охватывающие сбор, обработку и анализ биологического материала, автоматизированы, где это возможно. Отдельные компоненты этих программ ориентированы на учет летающих насекомых, а также спор грибов в воздухе. Использование и модернизация технологий позволяет собирать и обрабатывать материалы в масштабах и со скоростью, немыслимых в докомпьютерную эпоху. При этом процесс описания новых видов остается во многом ручным, он мало изменился и по-прежнему требует критического, аналитического участия ученого, и описаний в виде текстов.

В кругу моих ближайших коллег появляется тенденция рассматривать описание вида не как страницу текста, а как набор данных, который может быть обнаружен и описан с использованием компьютерных технологий. С этой позиции сбор научной информации и обмен ею становится гораздо эффективнее. Здесь можно провести аналогию с деньгами: мы перешли от натурального обмена к металлическим, затем к бумажным деньгам, и повсеместно используем теперь электронные деньги. В сфере обмена информацией о видах этот процесс только начинается, но я уверен, что именно в таком направлении будет развиваться этот сегмент.

Зачем нужна глобальная информационная система о биоразнообразии (GBIF)

До начала XXI века процесс накопления и централизации знаний о жизни на Земле шел аналоговыми методами. Люди изучали разные аспекты живой природы, писали статьи, монографии, которые потом попадали в библиотеки. Постепенно библиотеки стали электронными. Довольно скоро ученые поняли, что кроме статей, где эти знания упакованы в уже обработанном виде, существует необходимость объединения первичных данных и знаний о том, где, когда и какие встречались виды, как они были обнаружены, есть ли в музее образец или фотография, или же вид был обнаружен при помощи генетических маркеров. Часто такие сведения существуют лишь в единственном экземпляре в виде рукописной этикетки или записи в полевом дневнике. Все эти факты невозможно было объединить до появления компьютеров, интернета и распределенных баз данных. Но цифровизация пришла в науку. Это важный прорыв в скорости и экономической эффективности: очевидно, один и тот же научный факт может быть использован и интерпретирован многократно в самых разных контекстах и областях знаний.

GBIF — это межправительственная инициатива и информационная инфраструктура, бесплатный сервис, которому около 20 лет. Миссия GBIF заключается в том, чтобы обеспечивать свободный и бесплатный доступ к информации о жизни на Земле. Секретариат GBIF, где я работаю, поддерживает портал, который переведен на многие языки мира, в том числе на русский. GBIF.org — специализированная поисковая система и точка доступа к всемирным данным о жизни, к данным, которые на сегодня доступны в цифровом виде. Количество этих данных постоянно растет, и сегодня это примерно 1,6 млрд записей о находках, образцах и встречах живых организмов на всей Земле. Эта внушительная цифра составляет примерно 10% всех данных о дикой природе, которые существуют на Земле: если бы мы оцифровали все музеи, все фотографические и рукописные архивы, объединив их с молекулярно-генетическими данными и данными дистанционного зондирования биосферы, то, вероятно, удалось бы приблизиться к 15 млрд записей. Это, безусловно, не единственный тип больших данных в науке: подобные массивы создаются и в других дисциплинах. В последние пять-шесть лет Россия также активно включилась в процесс оцифровки и публикации биологических данных. Более ста заповедников, научно-исследовательских институтов, университетов уже приступили к оцифровке фондов. Сведение воедино изначально разрозненных данных возможно при условии, что их структура и формат сопоставимы. Объединенные данные позволяют изучать явления и совершать открытия на уровнях, которые недоступны при «феодальной раздробленности» научных данных, оцифровка и публикация данных удлиняет срок их жизни и расширяет контекст их использования.

Розовая вешенка (Pleurotus djamor) из атлантических лесов в окрестностях Миракату, Бразилия. Древоразрушающие грибы играют важную роль в круговороте веществ и балансе лесных экосистем. Плодовые тела гриба съедобны для человека, в природе служат пищей разнообразным насекомым.

© Дмитрий Щигель

Происходит постепенное усиление запроса к открытости и прозрачности научных анализов и выводов. У научной статьи есть авторы, они несут личную ответственность за точность, адекватность исследований, представленных в этой статье. Общепринятым становится обеспечение доступа как к программному коду, так и к данным, которые были использованы в научной работе. Но в некоторых случаях необходимо скрывать полноту и точность определенных данных, например, географические координаты редчайших видов. 

Поскольку данные находятся в открытом доступе, они могут быть получены для научной работы и приходят вместе с цифровой ссылкой. Эти данные не анонимны, у них есть авторство, привязка к организации и стране происхождения. Цифровая ссылка на первичные данные позволяет не только обеспечить прозрачность научной работы, но и сослаться на источник материалов, цитирование в равной мере является формой научной благодарности. Это важный аспект, так как сбор научных данных требует значительных усилий и затрат.

Как данные GBIF помогают предсказывать эпидемии

Каждый день в рецензируемых журналах выходят две-три статьи, которые сделаны с использованием открытых данных, полученных с помощью GBIF. Это экологические и эволюционные исследования, работы в области охраны природы и систематики, изучение динамики и моделирование распространения видов, как аборигенных, так и чужеродных. Ряд исследований направлен на изучение связей заболеваний человека с распространением переносчиков и резервуаров этих заболеваний в природе. Например, на основе данных о распространении рукокрылых была сделана модель, которая позволяет предсказывать риски новых вспышек вируса Нипах в Юго-Восточной Азии. Эффективные модели позволяют предсказывать новые вспышки заболеваний, они дают в руки медиков и властей эффективный инструмент за счет наличия информации о прогнозируемых эпидемических очагах.

Цифровые технологии и объединение данных позволяет изучать скорости и масштаб изменения ареалов видов. Эта биогеографическая информация важна не только в научном, но и в практическом ключе для эффективного управления и охраны природных ресурсов. Сужение ареалов, изменение плотности, проникновение агрессивных чужеродных видов, — все это явления и проблемы, к которым можно подступиться, вовремя их заметив. В этом ключе важно именно международное взаимодействие и объединение усилий. Бесплатный доступ к данным обеспечивается за счет поддержки GBIF на государственном уровне, которую уже оказывают более 60 стран. Недавно в GBIF вступили Белоруссия, Армения и Узбекистан. Надеюсь, что и в других странах ближнего зарубежья, и, конечно, в России тоже в ближайшем будущем будут приняты положительные решения.