Главное

Подробности

Опубликовано 01.04.2023 22:31

«Климат и человечество: о чем молчат растения»

 28 марта 2023 года лекцией директора Ботанического сада-института ДВО РАН члена-корреспондента РАН Павла Витальевича Крестова «Климат и человечество: о чем молчат растения» Дальневосточное отделение РАН совместно с Пушкинским театром ДВФУ открыли просветительский проект «Дальний Восток. 300 лет под созвездием Российской академии наук» посвященный 300-летию крупнейшего научного учреждения России – Российской академии наук. 

Напомним, что организаторы проекта приложили немало сил, чтобы привлечь в него в качестве лекторов не просто лучших, не просто самых компетентных ученых Дальнего Востока, но именно тех из них, кто способен живо, доходчиво и эмоционально рассказать разношерстной массовой аудитории о научных исследованиях, составляющих смысл их жизни, рассказать о том, как и чем полезна наука нам с вами – дальневосточникам, да и Человечеству в целом. Лекций в рамках цикла организаторы планируют представить 12, четыре из которых – с марта по июнь – уже анонсированы.

Роль «забойщика» в этом «сериала» решил взять на себя один из его инициаторов —директор БСИ ДВО РАН, а с недавних пор еще и заместитель председателя ДВО РАН член-корреспондент РАН Павел Витальевич Крестов. Он как раз и известен в широких кругах своей способностью легко и доходчиво объяснять даже мало-мальски образованной публике самые сложные и острые вопросы взаимоотношений людей и растений. Тем не менее, на аншлаг организаторы мероприятия, по понятным причинам, не рассчитывали и потому отвели под него верхний зал Пушкинского театра — слушателей на 50. Тем приятнее было обнаружить, что к началу лекции зал оказался практически полон, а следующие четверть часа опоздавшим приходилось уже искать стулья по соседним помещениям, и всего в итоге набралось более 70 человек, из которых до самого конца не ушел ни один. Примерно половина из присутствующих были людьми старшего возраста. Людей возраста среднего и молодежи пришло примерно поровну.

Как опытный лектор, Павел Витальевич, как правило, не сразу «берет быка за рога», а дает публике возможность оглядеться и сориентироваться в предлагаемом им пространстве. Вот и в этот раз он сначала отдал должное создателям Российской академии наук, первым исследователям Тихоокеанской России, напомнив и о двух камчатских экспедициях Витуса Беринга, и о первом урожденном русском академике Степане Крашенинникове…. Затем последовательно рассказал о том, как наука постепенно меняла представления человечества о возрасте Земли — от Ветхого Завета и Иоганна Кеплера – до изотопов урана и Клэра Паттерсона… И только потом — про климат и природные факторы, формирующие его по-разному в различных точках планеты – близость к экватору, взаимодействие морских и воздушных течений; про то, чем El Niño отличается от La Niña и что случится, если Земля налетит на небесную ось; как спутники помогают теперь контролировать ее зеленый покров и даже посевы сельскохозяйственных культур; как математик Майкл Манн и политик Альберт Гор обратили внимание человечества на техногенную составляющую всемирного потепления; как и какими методами современные геоботаники, в том числе сотрудники лаборатории геоботаники БСИ ДВО РАН с помощью нейронных сетей, то бишь искусственного интеллекта, исследуют последствия изменения климата, отвечая на вызовы, которые они несут, и так далее…

— Знаете ли вы, сколько у дерева может быть дней рождений? Первое – это когда из семечки появляется росток и закрепляется на почве — самое опасное время, ибо всяк может этот росток сожрать и затоптать. Второй день рождения, когда растение преодолевает начальную стадию и становится похоже на дерево, вырастая на метр-два. Теперь его так просто не сожрешь и не затопчешь. Вот только света не хватает — его перекрывают старые высокие и раскидистые деревья… Молодняку остается только ждать, пока они состарятся и упадут, и подростки размером метра 3-4 могут ждать этого и 50, и даже 100 лет, чтобы потом буквально за несколько сезонов рвануть вверх и занять главенствующее положение на своей точке…

Говорил Павел Витальевич, как и обещал, легко и эмоционально, иллюстрируя каждую тему рассказа яркими и информативными картинками презентации, пересказывать которую нет смысла, так как можно посмотреть ее ЗДЕСЬ.

А вот о чем НЕЛЬЗЯ НЕ РАССКАЗАТЬ прямо сейчас, так это о современных методах и результатах работы дальневосточных геоботаников и о том, каковы, по версии директора Ботанического сада-института ДВО РАН члена-корреспондента РАН Павла Крестова, могут быть последствия глобального потепления, в том числе и для нашей родной территории, для Дальнего Востока, а также, что мы можем сделать для того, чтобы и биоразнообразие ее сохранить, и сытыми остаться. Итак…

Геоботаники видят жизнь растений как систему, развивающуюся во времени в масштабах от молекулярного до биосферного. При этом пространственная шкала простирается от нанометров до тысяч километров, а временная — от секунд до миллионов лет. Соответственно так же широк и набор инструментов, с помощью которых ведутся исследования. Но каким бы ни был совершенным набор инструментов, с помощью которых ведутся исследования – от синхротронов до спутниковых систем, исходная информация о растении все равно собирается на земле – в поле, в лесу, в горах… То есть обработать информацию сегодня большой проблемы не представляет, а вот собрать ее – это гораздо сложнее… Но сотрудники БСИ ДВО РАН это делают своими небольшими силами, и даже уже используют для обработки информации искусственный интеллект.

Информация о растениях собирается очень подробная и обширная. И что особенно важно — с точной привязкой во времени и координатам (благодаря спутниковым навигаторам), что позволяет встроить дальневосточные данные в общемировую систему наблюдений за изменением растительного покрова планеты, а значит проводить анализ данных на самом высоком уровне. Таким образом ученые могут видеть зависимость от изменений климата растительного покрова, отдельных видов и даже отдельных растений. Используя сложные математические модели, они могут просчитать климатические условия в отдельной точке планеты даже в будущем и, сравнивая эти условия с потребностями каждого вида растений, определить благоприятные именно для его произрастания время и место.

Сейчас такие модели построены для 15 наиболее важных в хозяйственном отношении растений Дальнего Востока. В том числе, для сосны корейской, или кедра, как мы ее называем. С историческими данными по распространению кедра на Дальнем Востоке эта модель совпадает на 90 проц. Согласно этой модели, еще 12 тыс. лет назад кедра на территории нынешнего Приморья не было вообще. Он рос южнее – в Корее и Китае. Потом для него там стало слишком тепло, он стал болеть, страдать от вредителей и потому ареал его стал смещаться на север – в более прохладные и привычные для него климатические условия.

С тех пор потепление только ускорилось. Это значит, что и в Приморском крае кедру скоро станет некомфортно. Что уже сейчас нельзя закладывать его новые плантации на юге Приморья, как это делается в Хасанском районе с затратами огромных финансовых средств — он там погибнет. Плантации эти нужно закладывать много севернее. На Сахалине, например, где кедр сейчас не растет вовсе, но условия для него самые подходящие. И вообще нашему лесному хозяйству пора переходить от 2-3-х летнего планирования — это не его масштаб, к долгосрочному — на 50-100 лет вперед и вести его только с учетом уже построенных климатических моделей.

Самое неприятное –  мы видим, что по всем 15 видам, включая нашу гордость — пихту цельнолистную, условия стремительно ухудшаются. А ведь потеря даже одной популяции вида существенно скажется на генофонде Уссурийской тайги, отразится на других видах как флоры, так и фауны. Чтобы не потерять генофонд этих важных для нас растений, необходимо сохранять его в специальных хранилищах на территории РФ. Сейчас это делают Китай и Ю. Корея, но не Россия. А чтобы иметь через 50 лет товарную древесину, сейчас нужно закладывать плантации в тех местах, где деревьям интересующих нас пород будет комфортно как сейчас, так и через 50 лет.

В Ю. Корее после войны в начале 50-х гг. прошлого столетия на сопках вовсе не осталось не только леса, но даже плодородного слоя – все сгорело. Уцелело лишь 10 проц. лесов. Так вот корейцы много лет в рюкзаках носили землю на свои голые сопки, выкапывали лунки и сажали в них саженцы. И теперь у них зеленый покров составляет 80 проц. В том числе они сажали и кедр, который в 60-70-х гг. у них еще хорошо рос. Но все равно в начале века 21-го практически весь его потеряли из-за потепления… Так же лет через 10 погибнут и наши плантации на юге Приморья.

Тропические циклоны или тайфуны, как мы их привыкли называть, посещают нас все чаще и приносят большой ущерб, в том числе и лесному хозяйству. Необходимость оценки этого ущерба и большое количество обращений по этому поводу заставили приморских геоботаников так же обратиться к помощи математиков, искусственному интеллекту. Алгоритмы, которые они нашли и использовали при глубоком машинном обучении, привели к серии публикаций в самых авторитетных мировых изданиях с высоким количеством цитирований, а сам метод оценки ущерба, благодаря этому, стал использоваться во многих странах.

 Вообще новые технологии с использованием ИИ, спутников и дронов открывают для ботаников невиданные прежде возможности изучения растений — определение вида и точной высоты отдельных деревьев, идентификация растительных сообществ и составление карт растительного покрова, идентифицировать вспышки насекомых-вредителей и многое другое…

— Буквально за несколько недель до тайфуна «Майсак» в 2020 году мы с беспилотников сделали снимки территории Ботанического сада, а другую съемку провели уже после тайфуна. Потом обучили нейронную сеть, и она выдала нам точное число поваленных деревьев из первого яруса — 421, что позволило нам масштабировать этот результат на и на другие лесные массивы, где прошел «Майсак». При этом, последующие наблюдения показали, что видимый первоначальный ущерб на самом деле составил лишь треть ущерба реального. В дальнейшем мы выяснили, что существенно пострадали и многие из тех деревьев, которые устояли.

Оказалось, что при сильном раскачивании корни деревьев зачастую повреждаются – рвутся. В результате нарушается снабжение деревьев влагой. Влаги этой не хватает дереву для выработки смолы, которой оно защищается от жучков. Если древесный вредитель вгрызается в здоровое дерево, то оно тут же заливает образовавшуюся дырку смолой. А обезвоженное дерево оказывается перед вредителями беззащитно. Первое время оно ничем не отличается от здоровых соседей, но постепенно начинает сохнуть и чахнуть пока гарантированно не погибнет. И эти наши наблюдения позволили объяснить другие случаи массовой гибели деревьев в различных прибрежных регионах, в других странах, которые до тех пор считались загадочными, потому что тайфуны в качестве основной причины никто не рассматривал.

Наши инструментальные наблюдения за тайфунами исчерпываются 20-ю последними годами. Это ничтожно малый срок, чтобы понять в каком месте климатической синусоиды мы сейчас находимся. Керны годовых колец деревьев-долгожителей позволяют нам получить информацию за 200 лет. Широкие кольца означают, что в это время дерево интенсивно росло. Скорее всего потому, что верхний полог леса был снесен тайфуном и молодые растения получили доступ к свету. Вместе со своими чешскими коллегами приморские ботаники взяли тысячи кернов у деревьев на Корейском полуострове и в Приморском крае и обнаружили, что за последние 300 лет частота тайфунов в нашем регионе сильно возросла. Более того, они продвигаются все дальше на Север.

Продовольственная безопасность…

Темпы прироста населения напрямую связаны с технологиями производства и распределения человечеством продуктов питания. Резкий скачок произошел несколько тысяч лет назад, когда люди научились выращивать зерновые и одомашнивать скот. Второй — в 19-м веке, когда сельскохозяйственные технологии позволили производить большое количество пищи, а транспортная система и опутавшие мир торговые связи — продавать продовольствие в неурожайные регионы. Потом жизнь людям стала массово продлевать медицина и, прежде всего, антибиотики. Затем настал черед «зеленой революции», когда новые технологии обеспечили прирост производства продовольствия в мировом масштабе. Теперь человечество находится на пределе ресурсов, получаемых традиционным сельским хозяйством, готовится к «голубой революции», то есть пополнению своего рациона за счет морепродуктов, которые вкусные и полезные. Но они составляют сегодня в рационе человечества лишь 2 проц., так что прирост человечества, по мнению Павла Крестова, все равно придется обеспечивать дополнительной едой за счет сельского хозяйства – новых технологий, новых сортов растений и пород животных…

— Используя наши методики, мы сделали территориальный прогноз развития основных сельскохозяйственных культур для нашего региона. Это рис, это пшеница, гречиха и это соя. При пессимистичном прогнозе (то есть потепление будет развиваться быстро) рис можно будет массово культивировать даже в Амурской области.

Для того, чтобы успеть за меняющимся климатом, нам необходимо срочно внедрять в сельское хозяйство высокие технологии, которые работают с уникальными генами, полученными от диких родичей культурных растений. На территории России таких растений мало, но их много в других странах. И это значит, что мы должны концентрировать их у себя в специальных хранилищах. Это залог нашего выживания в будущем, но мы пока, увы, этого на государственном уровне не делаем…

Если посмотреть на карты будущего, составленные на основе математических моделей, то можно утверждать, что в ближайшем будущем на территории российского Дальнего Востока вегетационный период растений увеличится, осадки увеличатся незначительно, а значит для растений ситуация у нас выглядит в перспективе вполне стабильной. Зато растительность на территории Китая от потепления сильно пострадает, как и на территории Африки.

Вывод: на Дальнем Востоке можно и нужно жить!

По окончании лекции вдохновленные слушатели аплодировали Павлу Витальевичу дважды! Нет – трижды! В первый раз, когда он поблагодарил уважаемую публику за внимание. Второй раз, когда директор театра представил его не только как лектора, но как продюсера всего проекта. И, наконец, в третий раз, когда Крестов коротко анонсировал три ближайшие лекции трех академиков Российской академии наук: Валентина Ароновича Стоника, который 18 апреля выступит с лекцией об удивительном мире морских биомолекул; Юрия Николаевича Кульчина, который 5 мая расскажет о том, зачем изучать свет, лазерных технологиях и управлении; Григория Ивановича Долгих, который 6 июня приоткроет тайны науки о звуках в океане и прогнозах. Пожелаем им такого же успеха!

Текст и фото Александра ТКАЧЕВА