Как мышки с мышками живут

Все полевки в нашей Сибири, как и принято у полевок, питаются в основном сочным кормом. Это, прежде всего зеленые части растений, корневища. Корм не очень калориен, а, кроме того, трудно перерабатывается. Потреблять же его приходится много. Полевка, однако, животное небольшое и много еды в нее не войдет, а когда не можешь есть помногу, приходится это делать часто.

Обычно люди мышей от полевок не отличают, для них все эти зверьки – мыши, а известно, что мышь ест свою крупу ночью. Увы, полевки так не могут. «Голод – не тетка» – приходится отнимать время у сна и другой деятельности и кушать, кушать... Получается, что суточный ритм у полевок имеет не один ночной подъем активности, а много, и на протяжении всех суток. Такую активность суточную ученые называют полифазной, а проще – круглосуточной. Сравнивать распределение активности на шкале времени у разных видов полевок практически бесполезно. У каждой в течение суток вырисовывается неравномерная «пила» – то есть множество подъемов разной величины, и формы. Вот и попробуй у таких картинок найти отличия. Но ведь можно измерять частоты колебаний активности, а для этого удобнее представить активность не на шкале времени, а на частотной шкале, тогда картинка упрощается. Она показывает, сколько и каких ритмов имеется в данной кривой. На ней всегда есть пик суточного ритма, он обычно очень мощный у большинства видов. Это означает, что у этих колебаний активности самая большая амплитуда, то есть они проявлены сильнее всех прочих, имеющихся у этого животного. Кроме суточного, есть 1 – 2 пика периодичностью в несколько суток (инфрадианные). А за суточным на частотной шкале обычно видны 1-3 пика ритмов малой периодичности (гораздо меньше суточного). Такие ритмы называют короткими или ультрадианными. Последние как раз и показывают режим питания зверьков. Оказывается, чем больше в рационе травы, тем чаще приходится есть, соответственно, тем меньше время между соседними кормежками. Так в популяции обыкновенной полевки самый мощный ритм на частотном спектре – двухчасовой, он оказывается у этого грызуна даже мощнее, чем суточный ритм. То есть этим зверюшкам приходится кушать через каждые два часа и так все сутки. Живущие здесь же узкочерепные полевки имеют самый мощный ритм в суточном режиме – трехчасовой, а у чуть более крупных – полевок экономок – самый проявленный ритм, связанный с питанием, составляет 4,5 часа. Так и самих зверьков смотреть не нужно: посмотришь на спектр ритмов активности этой видовой популяции, и по положению самого крупного пика уверенно говоришь, чей это спектр.

Чем больше калорийного корма в рационе, тем реже можно питаться. Так, у лесной мышовки пища состоит из насекомых и семян, поэтому у нее на спектре ритмов всего один, но зато огромный пик. Он показывает, что у этого вида есть только суточная активность и на шкале времени эта активность выглядит как синусоида с периодом в 24 часа. Все мышовки всю ночь активны, весь день они спят, то есть в светлое время – полный покой.

Наличие характерного для видовой популяции ритма суточной активности помогает сосуществовать на одной территории популяциям разных видов. А вот на различных по условиям среды территориях распорядок дня у разных популяций, но одного и того же вида, может оказаться различным.

Каждая популяция приспосабливается к своему местообитанию и для этого изменяет свои характеристики, например, биоритмологические. Однажды экологи наблюдали одновременно две популяции полевок-экономок. Те никогда не смешивались между собой, потому что жили на разных берегах реки Оби. В этом месте река имела в ширину 1,5 км, и маленькой полевке было очень трудно ее переплыть. Перебежать же по льду зимой оказывалось еще труднее. Обязательно кто-нибудь съест на таком длинном открытом маршруте.

Местообитания на разных берегах сильно отличались, вот и приспособилась каждая популяция к своим условиям. На левом берегу, полевки жили в пойме, которую часто заливало водой, поэтому там было много сочного корма. Другая популяция обитала на коренном правом берегу. Разливов там не бывает, сухо, зато много корневищ и семян. Зеленые же части растений уже с середины лета не такие сочные, а к осени и вовсе сухие и деревянистые. Понаблюдали тех и других полевок, собрав их в одной лаборатории, записали суточные режимы дня, а затем посчитали частотные спектры суточной активности.

При сравнении полученных данных проявилась существенное межпопуляционное различие характера активности. У зверьков из поймы реки самые мощные ритмы питания оказались с периодами в 2,5 часа. Приходится им свою сочную некалорийную пищу есть часто, раз 10 в сутки. А у грызунов с коренного берега самый мощный ритм оказался почти в два раза длиннее – 4-часовой. Им достаточно питаться в сутки всего 6 раз. Вот и различие между популяциями.

Итак, суточный ритм активности помогает популяции лучше адаптироваться к своему местообитанию. С его помощью полевки по-разному выстроили свой режим питания в зависимости от влажности местообитания. В то же время жители одного местообитания, относящиеся к разным видовым популяциям, вынуждены делить между собой одинаковый ресурс. Так, на одной полянке обитают полевки-экономки, пашенные и обыкновенные полевки. Все три вида питаются зелеными частями растений. Как же им помогает не поссориться с соседями ритм их суточной активности? Вот, например, полевки у нас в Сибири летом имеют нелимитированную кормовую базу, то есть практически неограниченный запас пищи. Используя свои режимы дня, каждая популяция питается по очереди, чтобы не мешать друг другу. Пищи-то много и бороться между собой за нее не нужно, можно просто «разойтись» во времени.

Когда экологи наблюдают активность в популяциях животных, то разделяют «активность» на два понятия. Прежде всего, активность – это когда зверек бодрствует и занят какой-то деятельностью. Кроме того, зверек перемещается в пространстве, и такую активность называют подвижностью. Пробраться к мышке в норку ученый не может, а поэтому свои заключения о ритмах активности он делает по проявлениям подвижности. Он ставит какие-нибудь ловушки и, подсчитывая добычу, заключает, каждые 2, 3, 5 или 7 суток уловы увеличиваются. Чтобы попасть в ловушку нужно до нее добежать. Вот наблюдатель и считает такие колебания (их называют инфрадианными, мы их назовем несколько-суточными) связанными с изменением подвижности зверьков. Размножиться в три или даже десять дней грызуны не могут, так что с изменениями численности эти ритмы не связаны. У каждой видовой популяций есть характерные для нее колебания подвижности.

При описаниях ритмов активности, когда наблюдатель фиксировал только спит или не спит зверек, и активность определялась как все состояние бодрствования за сутки, для каждого вида были построены средние (видовые) спектры распределения колебаний активности. На них были легко объяснимые пики: суточный – это суточный ритм бодрствования, 3 – 4 часовой, – это ритм питания. Кроме того, на каждом спектре были более или менее проявленные многосуточные колебания, которые говорили о  наличие в активности таких длинных ритмов, но что они означают, и какие процессы бодрствования имеют такую частоту колебаний, оставалось неясно.

Рассчитав популяционные ритмы попадаемости в ловушки, мы обнаружили, что именно колебания такой частоты и именно у этих популяций мы уже отмечали, описывая ритмы бодрствования. Так у узкочерепной полевки было проявлено 12-суточное колебание активности, и этот же ритм проявляется при попадании зверьков в канавки. Именно с этой периодичностью изменяется число отловленных зверьков этого вида. И здесь мы его определяем уже как колебание подвижности. У джунгарского хомячка, при наблюдениях его в вольере отметили среди ритмов активности 4-суточный цикл. А в популяции этих хомячков при отловах проявляется 4-суточное колебание попадаемости их в ловушки. В то же время у этих хомячков имеется эстральный ритм такой же величины. Вот и разгадка причин дневного цикла подвижности зверьков, с такой периодичностью побуждаемые эстральным циклом зверьки ищут себе пару в природе. Для полевок характерны 5-суточные эстральные циклы, и на популяционном уровне эти виды имеют соответствующий ритм попадаемости в ловушки, то есть ритм подвижности. И так у любого вида грызунов.

Получается, что ритм активности особи связан с ритмом подвижности популяции. А зачем это нужно популяции? Какие преимущества ей могут дать эти колебания в несколько суток? Оказалось, что эти колебания тоже ценный приспособительный признак. Судите сами, когда безопасней всего кормиться? Тогда, когда хищники не охотятся. А когда их охота затруднена или почти невозможна? Конечно, в ненастье: дождь, да еще с ветром, или когда туман. Попробуй учуять или увидеть добычу при такой погоде. Вот и помогает зверькам непогода кормиться, уворачиваясь от своих непосредственных врагов. Чтобы хорошо совместить кормежку с непогодой нужно, чтобы эта непогода была цикличной. Мы же помним, что для приспособления к фактору, необходимо, чтобы он действовал циклично. Только тогда его появление можно спрогнозировать. У многосуточных колебаний грызунов есть аналогичные по периоду погодные ритмы. Они-то и служат датчиками времени для подвижности популяции, обеспечивая им большую устойчивость. Какие природные колебания имеются ввиду? Это, прежде всего ритмы климатических изменений. При изучении ритмов грызунов, на эти же сезоны брали данные, полученные местной метеостанцией по многим показателям погоды. Обнаружилось, что многие погодные цикличности синхронны с колебаниями подвижности в популяциях грызунов. Так 5- и I7-суточные колебания влажности важны для полевок – потребителей влажного сочного корма. А вот 9-суточные ритмы осадков – это как раз колебания того «защитного от хищников» погодного фона, который важен для многих популяций грызунов. Выражены были и синхронные с циклами подвижности 20-суточные колебания температуры воздуха, для полевок они синхронны с входом молодых из нор. Выше мы говорили, что период вскармливания молодых у этих зверьков как раз 20-суточный. Этот ритм может быть обозначен и как колебание численности, а не подвижности. Об этом мы еще скажем.

К имеющимся колебаниям внешней среды организмы приспосабливают колебания собственной жизнедеятельности, да еще используют эти внешние колебания для корректировки собственных внутренних часов. Так и достигается важное для животных согласование с особенностями своего местообитания.

Кроме колебаний подвижности, у грызунов проявлены и довольно кратко-периодические колебания численности. Эти мелкие животные размножаются в ином темпе, чем мы, да и живут они в другом времени. Наша жизнь почти в сто раз длиннее, чем у полевки, которая чаще всего всю свою жизнь успевает прожить за один год. У полевок наиболее выражены сезонные колебания численности. Они связаны с появлением новых генераций. Размножение у членов одной популяции происходит довольно синхронно, поэтому появление на поверхности самостоятельных молодых зверьков наблюдается почти одновременно. У серых полевок беременность длится примерно 20 суток, столько же продолжается и вскармливание молодых. После вскармливания те готовы к самостоятельной жизни. Так что примерно через 40 суток после начала брачного сезона вдруг появляется множество самостоятельных молодых зверьков, которые навсегда покинули родное гнездо. Их мамы, как правило, в последнюю неделю вскармливания уже снова успели забеременеть. Поэтому следующий выводок у них состоится не через 40, а через 30 суток после этого. Такой поток воспроизводства обеспечивает волны расселения грызунов, то есть колебания численности проявляются с периодами в 40, 60, 80 и 120-суток. Кроме того, у некоторых видов имеется еще 90-суточный миграционный ритм. В наших краях им обладает водяная полевка. Зверьки во множестве прибегают на новые места, и численность их здесь может многократно возрастать. Естественно, что там, откуда они родом, их количество сильно уменьшается.

Колебания численности тоже оказались специфичными для каждой популяции. Являясь функцией динамики численности, такие циклы согласует изменения в популяции с изменениями в окружающей среде, то есть они тоже имеют для популяции приспособительную ценность.

В окружающей среде колеблются многие показатели, и важно к ним подстроиться. Мы переходим к обсуждению уже многолетних колебаний численности в популяциях. Можно подстраивать изменения своей численности к колебаниям в неживой природе, например, к погодным. А можно синхронизировать свою численность с колебаниями природы опосредованно, подстраиваясь к ритму какой-нибудь другой популяции. Та же имеет датчиком времени для себя какой-нибудь погодный цикл. На территории Сибири проявлены многие климатические циклы. Так, например, известны 2 – 3-летние колебания осадков. Для теплых месяцев года, кроме того, описаны еще и 8 – 11-летние циклы обводнения. В свою очередь растения приспосабливают свои колебания к 2 – 3-летнему режиму осадков, поэтому многие злаки, в том числе и культурные, имеет 2-летнюю цикличность плодоношения.

Все популяции местных грызунов проявляют 2-летнюю или близкую к ней по периоду цикличность численности, которые позволяют им приспособиться к ритмическим переменам в их кормовой базе. Внешними синхронизаторами таких популяционных колебаний могут служить не только соответствующие по периоду погодные циклы, но и синхронные им колебания роста и плодоношения растений.

Колебания климатических факторов, имеющие меньшую частоту, примерно 8 – 11-летние, ведут к тому, что с такой же периодичностью в «мокрые» годи заметно возрастает урожай зеленой массы. А она служит любимой и основной пищей полевок. Не удивительно, что зеленоядные зверьки имеют не только 2-летние циклы численности, но и колебания с периодом около 11 лет. Все они синхронны с динамикой урожая травы. Естественно, что при большом урожае нужна максимальная численность питающихся. Все наедятся. А к минимальной влажности и соответственно травяной массы, численность потребителей тоже снизится. А где же здесь колебания в популяции? Просто растет количество пищи – больше становится потребителей, а собственных колебаний можно и не иметь. Так и считали раньше, но не все оказалось так просто.

В Новосибирской области живет водяная полевка, имеющая примерно 11-летний популяционный цикл, синхронный с обводненностью ее местообитаний в Барабе. Но в этой низменности кроме такого цикла обводненности случаются не периодические засухи. Тогда среди постепенного, продолжающегося примерно 5-6 лет, подъема влажности вдруг на год-два устанавливается сильная засуха, а затем влажность продолжает нарастать. Однажды изучали этого грызуна, фиксируя быстрый рост количества зверьков. Популяция была на подъеме. Но случилась засуха прямо посредине подъема обводнения. Ученый, наблюдающий популяцию грызуна, фиксирует, что за сезон число особей возросло в 12 раз. Но засуха плохо повлияла на травостой, и озера, где шло размножения зверьков, существенно уменьшили свое зеркало. На следующий год (по природному циклу тоже «мокрый») засуха продолжилась. Почва начала трескаться, зерновые набрали едва ли треть своей обычной высоты, а число особей водяной полевки возросло еще в 15 раз, и она уже почти достигла своего максимума. Здесь очевидно, что проявлялся внутренний ритм многолетних колебаний популяции. Он оказался независим от не цикличных флуктуации природных условий. Такие наблюдения показывают, что популяция не марионетка, управляемая только внешней средой, а автоколебательная система. Внешние ритмы не руководят ее колебаниями, а просто позволяют ей сделать собственные циклы более устойчивыми.

У каждой популяции имеется и проявляется на частотном спектре ее многолетней цикличности 3 – 4 ритма численности. Они дают возможность популяциям «подстраиваться» к внешним колебаниям среды: температурным ритмам, колебаниям влажности и осадков. Наличие в среде колебаний геофизических факторов обеспечивает незатухаемость популяционных ритмов. Различия в периодах и в мощности колебаний у разных совместно-обитающих популяций служит механизмами разделения их во времени. У каждой – свое время активности, у каждой – свой год многочисленности. Достижение максимальной численности поочередно, – это один из возможных результатов действий механизмов разделения совместно живущих популяций. Второй результат – колебания выполняют функцию популяционных часов. С их помощью популяция достигает максимума (пика) к увеличению природных ресурсов, например, пищевых и минимума – к его истощению. А чем же вызваны ритмы самих популяций? Каковы их возможные механизмы? Это мы рассмотрим чуть дальше, специально сосредоточившись на внутрипопуляционных причинах динамики.

Мы все рассуждали о популяциях, питающихся растительным кормом. Все они – пищевые конкуренты, потому что едят одинаковый корм и на одной территории, В экологии эти популяции относят к одному трофическому (пищевому) уровню. Основная борьба за ресурс у них – соревнование. Кто быстрее ест или лучше усваивает, тот и выигрывает. Это один из способов сосуществования. Один из видов взаимоотношений, называемый конкуренцией, или конкурентными взаимодействиями. Но здесь же среди полевок и мышей живут те, кто траву и зерно не ест, а питается грызунами. И это уже другая система взаимоотношений. Ее называют хищничество. Эти животные, а их число очень велико, тоже имеют колебания своего суточного режима активности. Имеют они многосуточные, сезонные и, конечно, многолетние колебания численности и подвижности. Такие колебания связаны, как и у грызунов, с цикличностью кормовой базы этих зверьков. Колебания влажности обеспечивают цикличность урожая растений, те, в свою очередь, синхронизируют колебания популяций растительноядов, а последние конечно являются ритмоводителями для популяций своих хищников. Далее мы посмотрим, как происходит синхронизация различных колебаний в системе «хищник-жертва».
 

Лев Ердаков
Рисунки участников конкурса "Дикие животные родного края"
 «Мышка». Вика Кривошеина, 2 года. Г. Новосибирск
 «Мышиная семейка». Карнаушенко Галина, 13 лет. Г. Томск