Инвентаризация биоразнообразия всех таксонов

Поскольку таксономия обеспечивает исходные данные и операционную основу для сохранения биоразнообразия, фрагментарность существующих таксономических данных и большое количество ещё не описанных организмов создают значительные трудности^[5].

Текущее состояние базовых данных инвентаризации неудовлетворительно даже в большинстве охраняемых территорий, а основные данные отсутствуют во многих регионах для групп, составляющих наибольшее видовое разнообразие — например, беспозвоночных, грибов и микроорганизмов^[5].

Традиционные, ориентированные на отдельные таксоны биологические инвентаризации смещены в сторону более известных видов, таких как млекопитающие, птицы и сосудистые растения, в то время как инвентаризации, включающие более мелких и малоизвестных организмов, могут дать более полную картину местного биоразнообразия. Поскольку эти менее популярные организмы — беспозвоночные, грибы, водоросли, микробы — могут играть значительную роль в функционировании экосистем, полный учёт всех таксонов на определённой территории может улучшить охрану и управление биоразнообразием^[6].

Биологи утверждают, что развивающийся кризис биоразнообразия с ускоряющейся скоростью вымирания видов «должен поставить таксономическую срочность в приоритет для биологических наук в нашем "веке вымираний"»^[7]. Глобальная скорость вымирания видов уже в десятки и сотни раз превышает среднюю скорость за последние 10 миллионов лет и продолжает расти, согласно последней Глобальной оценке биоразнообразия^[8].

Даниэль Янзен, эколог, инициировавший первые ATBI, охарактеризовал этот подход как «прямой ответ и проверку идей, изложенных в» Глобальной оценке биоразнообразия^[9].

Конвенция о биологическом разнообразии 1992 года признала таксономический барьер для управления и сохранения биологической жизни на Земле^[10]. ATBI — один из способов решения этой проблемы. Глобальная таксономическая инициатива конвенции включила «усилия по проведению инвентаризаций биоразнообразия всех таксонов (ATBI)» в план мероприятий для охраняемых территорий на COP8 в 2006 году^[11].

Лэнгдон и Уайт в своём обзоре ATBI в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс отмечали:

«Существует фундаментальный изъян в том, как управляются большинство парков и других природных резерватов. В целом мы игнорировали базовый принцип, который был бы фатальным в конкурентном мире бизнеса: мы никогда не пытались провести комплексную инвентаризацию наших ресурсов. Это удивительно, поскольку явно заявленная цель большинства государственных и негосударственных природоохранных организаций всегда заключалась в защите и сохранении природных и культурных ресурсов, доверенных их попечению. Как мы можем быть разумными хранителями, если даже не знаем, какими ресурсами обладаем, где они находятся, насколько они редки, или, в случае природных ресурсов, хотя бы приблизительно их экологическую роль?»^[4]

ATBI обычно включает сочетание высокоспециализированных биологов и обученных неспециалистов, называемых паратаксономистами, которые совместно собирают, сортируют и идентифицируют виды по максимально широкому спектру таксонов на определённой территории. Эти усилия могут включать десятки, сотни или тысячи человек и продолжаться месяцы, годы или десятилетия в зависимости от размера и разнообразия исследуемой территории.

Янзен, участвовавший в первых ATBI, писал, что «непосредственная техническая задача ATBI — определить для каждого вида:

• что это за вид (и как отличить его от других),
• где он находится,
• как его поймать или увидеть при необходимости,
• что он делает,

и электронно управлять этой информацией, как если бы это была одна огромная динамическая публикация — полнотекстово ищущаяся, легко реорганизуемая, легко доступная — в общественном достоянии. И достичь этой цели с командой национальных кадров в сотрудничестве с международным сообществом учёных и других пользователей»^[9].

Другие преимущества этого метода, по словам Янзена, включают «создание огромного набора инструментов, библиотеки и живого музея для тех, кто ищет определённую информацию, решение проблемы биоразнообразия дикой природы или вынужден управлять и развивать сложную охраняемую территорию»^[9].

Обзор Службы национальных парков США по техникам инвентаризации всех таксонов выделяет ATBI среди схожих подходов благодаря их фокусировке на одном географическом участке, выбранном для определённой цели. Другие подходы шире по охвату, например, инвентаризации всех биот, ориентированные на определённые таксоны по всему миру, или уже по времени и усилиям, такие как экспресс-оценки биоразнообразия и 24-часовые биоблицы (часто используемые в экстренных ситуациях и для просветительской работы соответственно)^[6].

ATBI в тщательно выбранных горячих точках биоразнообразия могут охватить значительную часть мирового биоразнообразия^[12].

Ценность ATBI, проводимых на приоритетных участках, заключается не только в приближении к полному учёту присутствующих видов, но и в использовании этих интенсивно изученных участков для калибровки других методов экстраполяции для менее изученных территорий^[13].

Хотя несколько ранних попыток систематических ATBI были прекращены, новое поколение биологических инвентаризаций использует скорость и эффективность ДНК-штрихкодирования для таксономической идентификации. Эти методы способны значительно повысить осуществимость инвентаризаций всех таксонов. В одной из работ по интеграции ДНК-штрихкодирования в исследования тропического биоразнообразия отмечалось, что «такое ультрадетальное исследование сложных тропических экосистем требует огромных усилий от таксономического сообщества — глобального пула таксономистов, коллекций и их знаний»^[14].

Штрихкодирование может значительно помочь в этой задаче, хотя и усложняет её, выявляя так называемые «криптические» виды, различающиеся по ДНК, но морфологически схожие. Открытие и описание таких видов требует больших объёмов выборки и усилий по сбору^[14].

В одном исследовании было подсчитано, что проведение ATBI на типичном гектаре тропического леса за «разумное время» потребовало бы 10–20 % всего мирового штата систематиков. Среди трудностей отмечались огромное количество видов в тропическом лесу (оценочно в 10–100 раз больше, чем 2 000 видов в исследуемой выборке), а также обратная зависимость между длиной тела организма и количеством человеко-часов, необходимых для обработки образцов^[15].

Балди^[16] предположил, что поисковые таксономические инвентаризации обеспечивают таксономическую полноту, особенно при участии специалистов, в отличие от экологически ориентированных инвентаризаций, которые обеспечивают воспроизводимость и сравнительную мощность. Это создаёт напряжённость внутри подхода ATBI. Как отмечено в работе по ATBI в Морских Альпах: «На практике, однако, поскольку к таким инвентаризациям обычно добавляются экологические и генетические цели, требуются реплики, что приводит к меньшему разнообразию обследуемых местообитаний и, следовательно, к меньшему числу видов при заданных усилиях по сбору»^[17].

В отчёте Службы национальных парков США отмечается:

«Нет простых альтернатив для оценки биоразнообразия в контексте устойчивого управления природными ресурсами, чтобы защитить и сохранить биоразнообразие при удовлетворении человеческих потребностей в использовании или преобразовании земель. Другими словами, мы должны знать, чем обладаем, прежде чем использовать или изменять это для человеческих нужд. Крайне важно приложить все усилия для идентификации или описания образцов до уровня вида, собранных в ходе оценки биоразнообразия»^[4].

Концепция ATBI возникла на семинаре 1994 года, организованном Национальным научным фондом в Пенсильванском университете^[1]. Семинар, организованный тропическими экологами Даниэлем Янзеном и Виннифред Холлуокс, собрал 45 систематиков и специалистов по биоразнообразию для обсуждения реализации первой в мире ATBI. На этой первой конференции исследователи столкнулись с рядом проблем при проведении комплексной ATBI — нехваткой специалистов по многим группам организмов, концентрацией видов в горячих точках разнообразия, таких как тропические леса, и отсутствием организационной структуры для стандартизации и каталогизации коллекций^[18].

Янзен был вдохновлён предложить первую ATBI разнообразием экосистемы сухого леса в национальном парке Гуанакасте, парке, который он помог основать^[12]. Он называл эту первую ATBI в Коста-Рике «лунной экспедицией по биоразнообразию»^[9].

В 1994 году группа почвенных экологов и таксономов из США и Великобритании собралась для решения задачи идентификации миллионов видов, населяющих почву. Они наметили подход к международному многообъектному исследованию почвенного биоразнообразия в дополнение к ATBI.^[19]

В июле 1994 года правительство Коста-Рики согласилось провести ATBI в зоне охраны Гуанакасте, реализуемую Национальным институтом биоразнообразия Коста-Рики. Однако в 1996 году эта первая попытка завершилась, когда финансирование было перенаправлено^[5].

В 1997 году была проведена вторая конференция по созданию ATBI в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс^[5]. Этот проект стал первой и самой продолжительной ATBI на сегодняшний день, проводимой Службой национальных парков США в сотрудничестве с некоммерческой организацией Discover Life in America. В результате число известных видов в парке удвоилось, а более 1 000 видов были впервые описаны для науки.^[20][3][4]

К началу 2000-х годов идея полной инвентаризации биоты Земли получила развитие, и было начато несколько инициатив, включая проекты Planetary Biodiversity Inventories Национального научного фонда США^[21] и All Species Foundation^[22].

В 2005 году в докладе Департамента охраны природы Новой Зеландии отмечалось: «Похоже, нет сомнений, что инвентаризации биоразнообразия всех таксонов (ATBI) в конечном итоге станут национальной задачей. Также будут призывы к комплексным программам филогении "древа жизни", стимулируемым доступностью недорогих молекулярных технологий и предлагаемых как вопрос национальной срочности. Вопрос, стоящий перед природоохранными агентствами, — в какой степени они ответственны за достижение такой цели и сколько времени и средств следует вкладывать в инвентаризацию видов по сравнению с другими приоритетами»^[23].

Этот вопрос остаётся актуальным, поскольку многие ATBI были приостановлены из-за нехватки финансирования, смены исследовательских приоритетов и ограниченного числа специалистов-таксономов.

В 2006 и 2007 годах Европейский распределённый институт таксономии провёл семинары по предложению охраняемых территорий в качестве пилотных площадок ATBI, а в 2007–2008 годах были созданы два крупных пилотных проекта в Морских Альпах и регионе Гемер в Словакии^[5]. Мотивация для этих и других территорий заключалась в следующем:

«Растущая потребность в достоверной таксономической информации и экспертизе для успешной реализации политики в области биоразнообразия и, особенно, программ управления охраной природы была широко выражена на европейских и международных форумах. При преобладающем политическом акценте на создании эффективной глобальной сети охраняемых территорий для сохранения биоразнообразия усилия по эффективной инвентаризации и мониторингу биоразнообразия на существующих и предлагаемых охраняемых территориях кажутся особенно актуальными».^[5]

В 2015 году исследователи, работавшие в ATBI Морских Альп, сообщили, что биологические инвентаризации переживают возрождение, но «масштабные инвентаризации, охватывающие широкий спектр таксонов, остаются исключением».^[17]

После того как семинар NSF 1993 года пришёл к выводу, что возможно провести серьёзную инвентаризацию крупной и сложной территории биоразнообразия, участники решили сосредоточиться на участке на северо-западе Коста-Рики, включающем полный экосистемный комплекс сухого леса, а также прилегающие дождевой и облачный леса. Эта сеть охраняемых территорий стала центром планирования, в котором участвовали Национальный институт биоразнообразия Коста-Рики (INBio), Норвежское агентство по развитию, Национальный научный фонд США и международные специалисты по таксономии Hymenoptera, Coleoptera, позвоночных, нематод, грибов и моллюсков. Из-за политических и финансовых разногласий эта ATBI так и не была реализована, но подготовка к ней легла в основу последующей ATBI в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс^[24].

В исследовании, проведённом в рамках проекта Zurquí All Diptera Biodiversity Inventory в Коста-Рике за один год, было определено более 40 000 мух, относящихся к 4 332 видам, включая 73 из 160 мировых семейств двукрылых^[25].

Хотя проект был ограничен членистоногими, он стартовал на биологической станции Ла-Сельва в 1991 году с целью инвентаризации этих «мегаразнообразных фокусных таксонов» и продолжался до 2005 года^[26][27]. В проекте участвовали местные паратаксономисты и более сотни таксономистов из международного сообщества^[28].

Первая крупномасштабная ATBI была проведена в Smokies — это была вторая попытка ATBI после неудачи первой в Коста-Рике. В проекте участвовали те же таксономисты, а также Янзен и Холлуокс, и он стал партнёрством между Службой национальных парков США и специально созданной некоммерческой организацией Discover Life in America^[4]. По словам Кита Лэнгдона, координатора проекта от Службы парков, для завершения базовой инвентаризации всех таксонов в парке прежними темпами потребовалось бы около 150 лет. Действующая ATBI привела к удвоению числа зарегистрированных видов в парке — до 20 000, а также к описанию более 1 000 новых для науки видов.^[3]

По образцу ATBI в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс и при участии членов этого проекта, эта инициатива началась в 2003 году и включала различных натуралистов, сотрудников государственных парков Теннесси и университетских исследователей^[29].

Комбинированная ATBI и , эта инициатива стала результатом сотрудничества Фонда биоразнообразия Э. О. Уилсона, Службы национальных парков США, Discover Life in America и фонда Turner Endangered Species для привлечения студенческих «SWAT-команд биоблица» с целью выявления и заполнения основных пробелов в исследованиях биоразнообразия^[30][31].

Национальное побережье Пойнт-Рейес начало ATBI в Томалес-Бэй, Калифорния, в 2002 году. К 2004 году ATBI задокументировала более 2 000 видов, из которых почти 500 ранее не были отмечены в этом районе^[32][33].

Эта ATBI — совместный проект природного резервата Crane Hollow и Огайского университета. С 2002 года на участке площадью менее 2 000 акров в Аппалачском Огайо было идентифицировано более 11 700 видов.

Калифорния

Калифорния — одна из 35 горячих точек биоразнообразия на планете. Масштаб этого разнообразия означает, что большая его часть остаётся неисследованной. Калифорнийская инициатива ATBI — это проект, основанный на ваучерах и ДНК-технологиях, направленный на сбор образцов всех видов и секвенирование ДНК-штрихкодов для каждого таксона. Текущие усилия сосредоточены на насекомых, грибах, почвенном и приливном биоразнообразии.

Частично по образцу ATBI, Гавайское биологическое обследование началось в 1992 году с целью «разработки полного перечня растений, животных и других организмов в штате Гавайи». В отличие от ATBI, Гавайское обследование делает больший акцент на инвентаризации по существующим коллекциям и литературе, чем на полевых исследованиях^[34].

Ряд ATBI в Европе был создан в рамках усилий Европейского распределённого института таксономии при поддержке Европейской комиссии для усиления вклада таксономии в сохранение биоразнообразия^[5]. Эти ATBI получили название ATBI-M из-за акцента на будущий мониторинг путём сбора дополнительных экологических критериев помимо наличия/отсутствия видов. Крупнейшей из них является объединённая ATBI национального парка Меркантур (Франция) и прилегающего Parco Naturale Alpi Marittime (Италия), а также пилотные проекты меньшего масштаба в Германии и Словакии.^[35][17]

Запущенная в 2006 году, ATBI Меркантур/Морские Альпы зафиксировала более 10 000 видов при участии более 50 исследователей, разделённых на 23 команды из Франции, Германии, Италии, Австрии, Испании, Португалии, Греции и США^[36][37].

Пилотная ATBI-M была запущена в биосферном резервате Шпревальд в Германии в 2010 году. На сегодняшний день проектом задокументировано 735 видов.

С 2007 года три национальных парка в регионе Гемер Словакии включены в ATBI-M. Их посетили десятки специалистов со всей Европы, которые к 2010 году определили 3 236 видов^[38][39].

Запущенная в 2002 году, Шведская таксономическая инициатива ставила целью завершить инвентаризацию фауны и флоры Швеции за 20 лет^[40]. К 2022 году было выявлено более 2 000 новых видов, более половины из которых малоизвестны^[41]. Это пока единственная национальная ATBI, проведённая где-либо, и она дала подробные наблюдения, включая серию иллюстрированных энциклопедий шведской флоры и фауны^[42]. Проект получил значительное государственное финансирование и, в рамках своей миссии, также способствовал подготовке новых поколений таксономистов и финансировал обновление музейных коллекций^[43]. Шведский проект ловушек Малайза — амбициозная инвентаризация насекомых — является частью этой работы и к 2020 году обработал более 4 000 видов, многие из которых новые для Швеции, а почти 700 — новые для науки. Доля коллекции ловушек Малайза, обработанная и идентифицированная на данный момент, составляет лишь около 1 % от всего собранного материала.

Возможно, одной из первых ATBI, хотя и не названной так в то время, была инвентаризация во Венгрии, где в 1970-х, 1980-х и 1990-х годах проводились интенсивные учёты всей флоры и фауны в шести охраняемых территориях^[44]. В этих исследованиях участвовали как специалисты, так и паратаксономисты, причём до 83 человек помогали обследовать один парк. В национальном парке Бюкк с 1981 по 1985 год было определено почти десять тысяч видов. Эти инвентаризации, стремившиеся включить «непопулярные» группы организмов, дали очень высокие показатели видового разнообразия по сравнению с другими исследованиями в Европе^[16].