Использование биоакустического мониторинга для анализа фауны "поющих" насекомых (Insecta) заповедных территорий: особенности и перспективы

Одной из важных задач, стоящих перед заповедными территориями, является максимальное снижение антропогенного воздействия на биоту. Это касается как вылова животных, так и повреждения растительного покрова. Бережное отношение к природе должно быть правилом для любого человека.

Насекомые (Insecta) представляют наиболее многочисленный класс живых существ, тесно связанных с травами, кустарниками, деревьями. Для того, чтобы провести инвентаризацию фауны представителей различных отрядов, часто используют метод кошения сачком. Не сложно видеть, что при таком действии урон наносится не только фитофильным видам, часть из которых будет изъята из природы, а другая часть упущена, при этом травмирована, но и листьям, цветкам, стеблям растений. Исследования фауны при помощи почвенных ловушек наносят природе не меньший вред тотальным уничтожением живых организмов.

Еще одной проблемой является избыточная выборка экземпляров некоторых насекомых, которой можно было бы избежать при условии применения других методов. Иногда цифры сбора насекомых заставляют задуматься: так для того, чтобы определить видовой состав Волжско-Камского природного биосферного заповедника, насчитывающего всего 40 видов прямокрылых насекомых (Orthoptera), исследователями (по их данным) с 2004 по 2008 гг. было «собрано и обработано более 2000 экземпляров» (Кармазина, Шулаев, 2009). Отметим, что из этого списка 30 видов издают громкие звуковые сигналы и могли бы быть идентифицированы дистанционно, вообще без уничтожения насекомых, или с изъятием только эталонных экземпляров, у которых записывались звуки. Остальные 10 «молчащих» видов настолько специфически приурочены к тем или иным стациям (обитатели влажных песчаных берегов рек Tridactylidae, сапротрофные Tetrigidae, геофильные Oedipodinae и Catantopinae), что поиск сводится к обнаружению этих мест и внимательному их осмотру. Решать же вопросы выяснения численности «поющих» насекомых путем их тотального отлова, на наш взгляд, представляется устаревшим методом, поскольку это можно делать по звуковым сигналам самцов.

В настоящей статье мы бы хотели обратить внимание на насекомых, издающих акустические сигналы, поскольку эта особенность может быть использована в качестве удобного примера, позволяющего дистанционно проводить исследование их фауны на той или иной территории. Не секрет, что до сих пор биоакустический мониторинг применяется у нас лишь для выявления видового состава и учета позвоночных животных, так как это не только гуманный метод, но и гораздо менее трудоемкий, чем непосредственная добыча (сбор).

Среди насекомых существуют группы, которые могут быть легко выявлены на слух: это большинство прямокрылых (Orthoptera: Tettigoniidae, Gryllidae, Acrididae), певчие цикады (Homoptera: Cicadidae). Также некоторые клопы (Heteroptera: Corixidae) и личинки жуков (Coleoptera: Cerambycidae), способные издавать громкие звуки. Некоторые из них малодоступны для традиционных методов учета (кошение, ловушки), поскольку ведут скрытный образ жизни (в норах, под водой, в кронах или стволах деревьев). Среди них также есть виды с ограниченной способностью к расселению, по этой причине имеющие важное зоогеографическое значение.

В основе метода положено знание о видоспецифичности звуковых сигналов насекомых: каждому виду присущ характерный только ему звуковой призывный сигнал самца, имеющий особые частотные и/или амплитудно-временные характеристики. Модельным объектом биоакустических исследований являются прямокрылые насекомые: уже с середины XX века зарубежные ортоптерологи использовали признак различия звуковых сигналов самцов как основной для подтверждения их видового или подвидового статуса.

В то же время, возможность использования прямокрылых насекомых в качестве индикаторов состояния экосистем с применением автоматического определения видов по их видоспецифичным акустическим сигналам уже более 20 лет обсуждается исследователями всего мира в рамках биоакустического мониторинга (Бенедиктов, 1998, 2007; Riede, 1998; Chesmore, 2004; Chesmore, Ohya, 2004; Riede et al., 2006; Озерский, 2007; Ganchev et al., 2007; Potamitis et al., 2007). За рубежом ведутся работы по созданию автономного компьютерного способа идентификации живых объектов по их акустическим сигналам. Однако компьютерный анализ записанного природного акустического фона (особенно дневного) с автоматическим вычленением отдельных сигналов и дальнейшим программным определением по ним видов является весьма сложной и дорогостоящей задачей. Недавно была создана автономная киберинфраструктура, способная самостоятельно в реальном времени регистрировать акустические сигналы живых организмов и идентифицировать их по звукам (Aide et al., 2013). Для демонстрации системы авторы представили данные о звуковой активности птиц, лягушек, насекомых и млекопитающих из Пуэрто-Рико и Коста-Рики. Однако, как сами они указывают, идентификация насекомых имеет самый низкий процент точности.

В связи с этим нужно сказать, что при должном знании и опыте исследователь сам может проводить анализ фауны поющих насекомых на слух, используя компьютер только для решения спорных вопросов (например, различение близких по характеристикам сигналов видов). Уже на протяжении многих лет авторы настоящей статьи успешно практикуют анализ акустического природного фона (Бенедиктов, 2015б), а также поиск различных насекомых по их звуковым сигналам. Такой подход позволяет без уничтожения и причинения вреда окружающей среде обнаруживать не только редкие и труднодоступные виды, но и новые, ранее не регистрировавшиеся.

В последние годы наша работа на заповедных территориях позволила методом биоакустического мониторинга расширить и уточнить кадастровые списки прямокрылых насекомых: Государственного Центрально-Черноземного биосферного заповедника им. проф. В.В. Алехина (Бенедиктов, Михайленко, 2014б; Михайленко, 2016), Государственного природного комплексного заказника «Выборгский» (Бенедиктов, 2017а), Национального парка «Самарская Лука» и Жигулевского государственного природного биосферного заповедника им. И.И. Спрыгина (Бенедиктов, 2017б).

Мы не сомневаемся, что по звуку оперативно и легко могут быть выявлены расселяющиеся «поющие» виды, среди которых не исключены потенциально вредные инвайдеры, включая некоторых стволовых вредителей (Бенедиктов, 2015а). Кроме того, новые находки по акустическим сигналам редких и занесенных в Красные книги насекомых могут быть основанием для расширения существующих заповедных территорий и выделения новых.

Дистанционный биоакустический мониторинг с идентификацией насекомых по их звуковым сигналам, в том числе с применением компьютерного анализа, несомненно, может (и должен) успешно использоваться на особо охраняемых природных территориях, как один из перспективных вспомогательных методов.