Естественно-математические науки

Карельская береза: на грани исчезновения?

 
{hsimage|Рис. 1 ||||} О карельской березе лучше молчать? Чтобы не срубили…. Или рассказывать? Чтобы выращивали умело….

 
Карельская береза Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti давно стала в общественном сознании одним из символов Карелии. 
 
Ее исторически сложившееся название, по всей вероятности, отражает название местности, где она впервые была обнаружена и использована для поделок мастерами-краснодеревщиками. С давних времен красивая и прочная древесина карельской березы применялась населением для изготовления бытовой утвари, посуды, ручек, ножей и т.д. В середине XIX века мебель из карельской березы стала олицетворением эпохи «русского ампира», образцы которой представлены в музеях Москвы и Санкт-Петербурга, а также в Финляндии, Швеции, Германии и неоднократно описаны в ряде произведений классиков русской литературы. Свилеватая береза упоминается в карело-финском эпосе «Калевала».
В научной литературе первые краткие сведения о наличии карельской березы в лесах Карелии относятся к середине XYIII столетия. В 1766 году, «лесной знатель» форстмейстер Фокель, работавший в лесах севера России по приглашению Екатерины II, сделал краткое описание берез, которые «…внутренностью походят на мрамор». В финской литературе первое упоминание о березе с узорчатой древесиной относится к 1745 году, когда Юслениус внес ее в Финский словарь.
Целенаправленное изучение карельской березы и поиск путей преумножения ее ресурсов начались только в 1920–1930-х гг. почти одновременно в Финляндии и Карелии. Важную роль в изучении биологических особенностей, разработке теоретических положений и практических рекомендаций по восстановлению ресурсов карельской березы сыграли работы карельских ученых. Однако отрезок времени продолжительностью менее 100 лет, безусловно, не является достаточным для познания в полном объеме путей и особенностей формирования отдельных видов древесных растений, имеющих многолетний цикл развития, вероятно, поэтому карельская береза до сих пор включена в «Красную книгу Карелии» (2007).
 
Биологические особенности карельской березы

и ее ареал (распространение)
{hsimage|Рис. 2 ||||} Визуально карельскую березу обнаружить нелегко: по форме роста, белому цвету коры, морфологическим показателям листовой пластинки и генеративной сферы она сходна с березой повислой (B. pendula Roth), разновидностью которой и является. Отличительная особенность карельской березы заключается в наличии у нее оригинальной текстуры древесины, которая по рисунку и прочности напоминает мрамор. Высокодекоративный узорчатый рисунок, хорошо заметный на поперечном сечении ствола (рис. 1), создается благодаря сочетанию золотисто-белой свилеватости и темно-коричневых включений в виде круглых или фигурных скобок, а также запятых или V-образных  наряду с волнисто-изгибающимися годичными кольцами, расположенными на обычно светло-желтом фоне основной массы древесины. О наличии узорчатой текстуры в древесине можно судить по косвенным признакам, к которым относятся утолщения или выпуклости, различимые на поверхности ствола (рис. 2). При снятии коры на древесине {hsimage|Рис.3 |right|||} карельской березы обнажается ямчатая и/или рельефная поверхность (рис. 3), в отличие от других видов березы, у которых она гладкая. В местах образования узорчатой древесины на стволе кора обычно утолщенная, грубая и на внутренней поверхности обязательно имеются килевидные выросты. Береста карельской березы не пригодна для плетения.
Карельская береза размножается преимущественно семенами, однако закрепить в потомстве ценные признаки узорчатой текстуры весьма трудно. При свободном опылении вероятность появления в потомстве особей с узорчатой древесиной невелика и может составлять всего 2–3%, в лучшем случае не более 25%. При контролируемом опылении деревьев карельской березы между собой, в потомстве возрастает доля растений с узорчатой древесиной до 80–90%.
Образование узорчатой древесины у сеянцев и саженцев обнаруживается не сразу. На то, чтобы определить, будет древесина узорчатой или нет, требуется в среднем около 6–10 лет. Однако, признаки «карелистости» у одних растений могут проявляться уже в возрасте 3–5 лет, а у других – только в 20–25 и даже 40 лет.
Карельская береза в природных популяциях произрастает в Северной и местами в Восточной Европе на очень небольших по площади территориях, как правило, изолированных друг от друга. В России, кроме Карелии, она изредка встречается в Ленинградской, Псковской, Костромской, Калужской, Смоленской, Владимирской областях. В 1990-е годы в составе международных научных экспедиций мы провели обследование популяций карельской березы, расположенных на территории Скандинавских стран, Финляндии и Белоруссии. Было показано, что карельская береза встречается в виде групп или отдельно стоящих деревьев. Лесов она не образует. Ресурсы карельской березы ограничены, поэтому ее древесина продается на вес, а стоимость превышает цену древесины березы обыкновенной.
 
Формовое разнообразие карельской березы

На всем протяжении ареала карельская береза характеризуется разнообразием форм. При этом главные различия наблюдаются по форме роста и типу поверхности ствола. Основными формами роста являются: высокоствольная, короткоствольная, кустообразная. Ведущая роль принадлежит короткоствольной форме роста (до 50–60%), на долю высокоствольной приходится до 10–15%, а кустообразная составляет около 25–30%, причем увеличение численности последней возрастает с севера на юг. Изредка встречаются гнездовидные древовидные и кустовидные растения, которые являются многоствольными и обычно имеют порослевое происхождение.
По типу поверхности ствола у карельской березы целесообразно выделять: шаровидноутолщенный, мелкобугорчатый и ребристый. При формировании узорчатой древесины у высоко- и короткоствольных форм роста преобладает шаровидноутолщенный и мелкобугорчатый типы поверхности ствола, а у кустообразных – шаровидноутолщенный. Существование безузорчатого типа карельской березы отрицать нельзя, но визуально отличить его от березы повислой невозможно. В лучшем случае к этому типу можно отнести безузорчатые особи, полученные в результате направленного контролируемого опыления узорчатых особей карельской березы между собой.
По основным типам поверхности ствола можно ориентировочно определить степень насыщенности рисунка в древесине карельской березы. Так, ребристый тип поверхности ствола, свидетельствует лишь о слабой волнистости древесины, шаровидноутолщенный – о наличии выраженного рисунка в утолщениях и относительно слабовыраженного или его полного отсутствия в «перехватах». Наиболее равномерное распределение узорчатой древесины в стволах наблюдается у деревьев мелкобугорчатого типа.
Вместе с тем, при искусственном выращивании карельской березы необходимо учитывать влияние густоты посадки: при недостатке освещенности рисунок в древесине обычно проявляется слабо или вовсе отсутствует; может формироваться односторонне, а не по всему диаметру ствола. При оптимальном уровне освещенности насыщенность текстуры возрастает.
Плотность насаждения часто определяет и биологический возраст растений. Так, после смыкания крон рядом растущих безузорчатых и узорчатых растений, у последних замедляется рост, в дальнейшем они засыхают и погибают. Вследствие этого долгое время считалось, что биологический цикл развития карельской березы составляет не более 50–60 лет. Однако обследование насаждений карельской березы, проведенное нами в 2003–2006 гг., показало, что на открытых участках встречаются деревья в возрасте более 100 лет.
 
Охрана карельской березы и состояние ресурсов

В силу ограниченности ресурсов карельской березы неоднократно поднимался вопрос об ее сохранении. Так, в 1939 году Совет народных комиссаров Карельской АССР издал специальное постановление, в котором объявил карельскую березу особо охраняемой породой. Были запрещены рубки, проведена ее инвентаризация, начаты работы по искусственному воспроизводству. Закладка первых лесных культур карельской березы в Карелии была осуществлена в 1934 году, к 1986 году их общая площадь составляла около 5,5 тыс. га. Вегетативное и семенное потомство плюсовых деревьев карельской березы выращивалось на лесосеменных плантациях (42 га), архиве клонов (от 41 плюсового дерева на площади 0,4 га), 85 деревьев карельской березы были оформлены как плюсовые (наилучшие).
В 1984 году для охраны и восстановления ресурсов карельской березы официальный статус получили четыре ботанических заказника карельской березы общей площадью 40,4 га. В 2007 г. карельская береза включена в Красную книгу Республики Карелии, в 2008 г. – в Постановление Правительства Российской Федерации «Об утверждении перечня видов деревьев и кустарников, заготовка которых не допускается».
Однако, несмотря на принимаемые меры по охране карельской березы, в последние 30–40 лет отмечено резкое сокращение ее ресурсов вплоть до полного исчезновения в отдельных районах Карелии. Согласно результатам рекогносцировочного обследования, проведенного нами совместно со специалистами Карельского селекционного центра в 2004–2006 годах, общее число деревьев карельской березы в природных насаждениях Республики Карелия составило примерно 2,5–3 тыс. штук, тогда как в середине ХХ века их было около 6 тысяч. Это связано не только с браконьерскими рубками, в результате которых в 1990-е гг. значительно пострадали даже ботанические заказники. К настоящему времени большинство естественных насаждений, а также более 300 га искусственно созданных по возрастной структуре (70 лет и более) являются перестойными или спелыми. Из-за отсутствия необходимого финансирования на проведение лесохозяйственных мероприятий (главным образом уходов) в неудовлетворительном состоянии по лесоводственным показателям и запасам древесины оказалась большая часть лесных культур, созданных в 1970–1980-е гг. Особое опасение вызывает и то обстоятельство, что, естественное возобновление карельской березы на территории республики практически отсутствует.
Следовательно, в ХХI веке карельская береза оказалась под угрозой исчезновения, и проблема сохранения и восстановления ее генофонда приобрела явную остроту и вызвала необходимость принятия срочных мер для ее воспроизводства. Приоритетное проведение работ по сохранению и воспроизводству карельской березы в Карелии связано с наличием здесь природных популяций, являющихся, хотя и малочисленными, но вместе с тем, наибольшими в России. Подобная постановка вопроса потребовала формирования региональной целевой программы, которая была одобрена и утверждена в 2008 г. Правительством Республики Карелия. К сожалению, в силу определенных обстоятельств ее реализация пока не получила полного развития и в настоящее время находится на грани закрытия. Вместе с тем, экономически оправдано искусственно выращивать карельскую березу, поскольку она является быстрорастущей и может подлежать рубке в возрасте 20–40 лет.
 
Привлечение инновационных биотехнологий

В последние десятилетия ХХ столетия начата разработка новых эффективных способов, с помощью которых можно ускоренно размножать хозяйственно ценные формы древесных растений, сохраняя их генетическую основу. Среди них наиболее эффективным для воспроизводства трудноразмножаемых древесных растений является путь клонального микроразмножения в культуре тканей. В основе этого метода лежит способность вегетативных клеток высших растений дифференцироваться в целый организм (явление тотипотентности). Тотипотентная клетка содержит всю генетическую информацию, необходимую для роста и развития целого организма. Это означает, что при введении изолированных клеток in vitro, они способны под воздействием определенных гормонов и в соответствующих условиях культивирования давать начало бесчисленному множеству новых побегов, идентичных исходному.
{hsimage|Экспериментальная база в Институте леса ||||} В конце 1980-х – начале 1990-х годов в Институте леса Карельского научного центра Российской Академии наук нами была организована экспериментальная база для проведения работ с использованием культуры тканей. Процесс клонального микроразмножения в культуре in vitro состоит из ряда последовательных этапов, каждый из которых имеет свои особенности. Первоначально проводится стерилизация вводимого материала и получение исходной меристемы, обладающей способностью к росту и развитию на питательной среде. Затем осуществляется собственно размножение или мультипликация (рис. 4). Для индукции корней побеги переносятся на специальную питательную среду. Затем выращенные in vitro растения-регенеранты, имеющие стебель, листочки, корневую систему, высаживаются в условия теплицы.
{hsimage|Рис. 4 |right|||} Клональное микроразмножение имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами размножения. Одним из важных является то, что данная биотехнология позволяет получать растения карельской березы с гарантированными признаками узорчатой текстуры древесины. Стерилизация тканей, вводимых в культуру, обеспечивает оздоровление растительного материала. В культуре тканей развитие растительной ткани можно поддерживать круглый год, что особенно важно для древесных листопадных растений, имеющих в цикле своего развития период покоя. Путем постоянного культивирования, мы создаем коллекцию генотипов карельской березы.
Таким образом, в настоящее время карельская береза оказалась среди наиболее уязвимых к антропогенным воздействиям природных объектов. Об этом свидетельствуют следующие факты. Численность деревьев карельской березы в природных популяциях, расположенных на территории Республики Карелия, за последние 30–40 лет сократилась почти в два раза, значительная часть среди оставшихся деревьев приблизилась к критическому возрасту. Отличительные признаки – выпуклости на поверхности ствола – просматриваются с трудом.
 
В 1990-е гг. резко возрос объем браконьерских рубок, в результате чего в некоторых ботанических заказниках карельская береза оказалась на грани полного исчезновения, а часть культур, созданных в 1970–1980-е гг., по лесоводственным показателям и запасам древесины оказалась на среднем или низком уровне. Кроме того, стало очевидным, что длительные приисковые (включая браконьерские) рубки привели к нарушению нормального баланса генов у карельской березы, что обусловило снижение жизнеспособности не только ее особей, но и популяций в целом. Вероятно, поэтому естественное семенное возобновление карельской березы на территории всего ареала практически отсутствует.
 
Следствием наблюдаемых процессов в перспективе может стать полное исчезновение карельской березы. Для ее сохранения и воспроизводства необходимо применение современных биотехнологий клонального микроразмножения, использование ресурсосберегающих технологий получения посадочного материала и развитие плантационного выращивания ценной породы.
 
{hsimage|Л.В. Ветчинникова ||||} Об авторе.  Лидия Васильевна Ветчинникова – доктор биологических наук, доцент, руководитель группы биотехнологии воспроизводства древесных растений Института леса КарНЦ РАН. В 1974 окончила биологический факультет ПетрГУ и поступила в аспирантуру при Институте леса КФ АН СССР. В 1978 защитила кандидатскую диссертацию, в 2003 – докторскую. Область научных интересов – морфо-физиологическая изменчивость берез в связи с адаптацией к условиям Севера, вопросы эволюции и происхождения представителей рода Betula L., произрастающих в условиях Фенноскандии, а также сохранение генофонда редких и исчезающих разновидностей березы и их воспроизводство с привлечением современных биотехнологий. Одним из основных объектов исследований более 35 лет является карельская береза. Опубликовано более 200 научных работ, в т. ч. монографии: «Береза: вопросы изменчивости (морфо-физиологические и биохимические аспекты)». М.: Наука, 2004; «Карельская береза и другие редкие представители рода Betula L.». М.: Наука, 2005, имеет авторские свидетельства на изобретения и патент.