Гнездо в 3D: как технологии решают квартирный вопрос для диких животных

В 2016 году Окс Леннон вглядывался в зазоры внутри груды камней. Он рассматривал все варианты: от введения строительной пены в крошечные отверстия до помещения кучки камней в компьютерный томограф. И все же он не смог добиться нужного результата — сложить камни так, чтобы мышь не пролезла, а маленькая ящерица могла спокойно спрятаться внутри.

Перед Ленноном, в то время аспирантом Веллингтонского университета Виктории в Новой Зеландии, стояла задача защитить сцинков, похожих на змей ящериц, на которых охотятся завезенные человеком мыши. Когда при строительстве дороги вблизи Веллингтона местная популяция рептилий была вытеснена, их переселили в другое место. Но на новом месте не оказалось каменных груд, которые сцинки используют в качестве укрытия.

Поэтому Леннон и его коллеги решили создать защищенное от мышей каменное убежище. Это оказалось сложнее, чем они думали.

В конечном итоге решение было найдено благодаря любви Леннона к видеоиграм, в частности, к игре The Elder Scrolls, в которой была сцена, где арбузы падали с неба, образуя груду. Вдохновившись, Леннон запрограммировал симуляцию укладки виртуальных камней, создавая расщелины, достаточно большие для ящериц, но слишком маленькие для мышей. Эта симуляция, созданная с помощью той же программы проектирования, которая использовалась при создании The Elder Scrolls, показала ученым, какого размера камни следует выбирать и как их собирать.

В связи с тем, что изменение климата, сельское хозяйство и городская застройка приводят к разрушению естественной среды обитания, многие специалисты по охране природы подчеркивают необходимость защиты исчезающих животных, оставшихся без крова. Однако воссоздать естественную среду обитания не так-то просто: например, дупла деревьев, в которых гнездятся совы или летучие мыши, могут формироваться более 100 лет. И хотя созданные человеком варианты, от гнездовых модулей до искусственных нор, были распространенным инструментом охраны природы на протяжении десятилетий, исследователи обнаружили, что многие старые конструкции могут быть даже вредны: они делают животных уязвимыми перед хищниками, перегревом и паразитами.

«Когда человек берется управлять природой, то иногда реализуются очень полезные идеи, — объясняет Дэвид Бонтер, орнитологический эколог из Корнельского университета. —  Но порой люди думают, что помогают, а на самом деле создают только проблемы».

Ученые пытаются решить некоторые из этих проблем с помощью таких технологий, как 3D-печать или, как это сделал Леннон, виртуальное моделирование. По словам Митчелла Коуэна, эколога дикой природы из Университета Чарльза Стерта в Австралии, разработка новых инструментов вызвала «бурю активности» в этой сфере. Однако создание эффективных убежищ все еще остается сложной задачей, поскольку порой мы просто не понимаем животных настолько хорошо, как это необходимо.

В условиях постоянной угрозы естественной среде обитания возникает вопрос: действительно ли заменители убежищ, требующие значительно больших инвестиций, чем их природные аналоги, полезны?

Иногда простое решение может существенно изменить ситуацию, включая даже простые деревянные скворечники, которые многие люди устанавливают у себя во дворе. Бонтер привел пример восточных сиалий, родственников малиновки, численность которых резко сократилась в начале двадцатого века. Широкое движение по установке гнездовых домиков по всей Северной Америке помогло популяции восстановиться. «Теперь вы видите их повсюду», — отмечает Бонтер.

Однако искусственные убежища часто не достигают поставленных целей, а научные данные не всегда позволяют оценить, насколько успешна та или иная конструкция. В 2021 году Коуэн и его коллеги опубликовали обзор 224 исследований, посвященных искусственным убежищам, в котором отметили, что во многих из них отсутствовали контрольные группы или долгосрочные наблюдения, либо не были измерены такие простые результаты, как успех размножения. Во многих случаях исследователи просто устанавливали обычные скворечники, видели, как животные перебираются в них, и считали проект завершенным.

По словам Коуэна, обеспечение эффективности искусственных убежищ становится более актуальным, поскольку для освоения земель строительные и горнодобывающие компании иногда вынуждены соглашаться на предоставление альтернативных убежищ для перемещенных животных. Однако, несмотря на то, что на бумаге проект выглядит экологически безвредным, на деле все может оказаться иначе.

В качестве примера можно привести австралийское исследование 2017 года, посвященное проекту модернизации автомагистрали. В результате проекта были уничтожены сотни деревьев с дуплами, в которых обитали три вида животных, находящихся под угрозой исчезновения: сумчатая летяга, роскошный баррабандов попугай и мелкие птички вида полевая ложнопищуха. Застройщики установили для них специальные гнездовые ящики. Однако в течение четырех лет животные практически не обращали внимания на созданные человеком убежища. В них поселились мыши, крысы и одичавшие медоносные пчелы.

По мнению экспертов, пустые гнездовья — не худший конец. В исследовании 2021 года Коуэн и его коллеги нашли множество примеров, когда плохо спроектированные или неудачно расположенные искусственные убежища создавали экологические ловушки. Такие убежища заманивали животных, но снижали их шансы на выживание, например, потому, что животные перегревались внутри или становились легкой добычей.

«Конечно, утешительно думать, что они делают все возможное», — говорит Джой О’Киф, специалист по дикой природе из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн. В действительности, по ее словам, искусственные убежища низкого качества создают неподходящую для вида среду обитания.

Часто цитируемое исследование 1988 года, посвященное лесной утке, которая к началу XX века была истреблена во многих регионах США, является еще одним примером того, как природоохранные проекты с благими намерениями могут привести к обратному результату. Для увеличения популяции некоммерческая организация предоставила уткам гнездовые домики. Но они оказались настолько привлекательными, что в них поселилось слишком много птиц, что привело к перенаселению и так называемому «свальному гнездованию». Домик вмещал слишком много яиц, и утки не могли эффективно их высиживать.

В других проектах поддержание стабильной внутренней температуры оказалось сложной задачей. «Вспомним, что представляет собой естественное дупло в дереве. Оно защищено толстым изолирующим слоем древесины, и поэтому защищает птиц не только от холода, но и от жары, — поясняет Бонтер. — Если поставить тонкую пластиковую коробку на солнце, она быстро нагреется».

Исследование летучих мышей, проведенное летом 2014 года в Испании, показало, что температура внутри домиков для них поднималась до 46 градусов по шкале Цельсия, и обезвоженные летучие мыши выпадали из своих гнезд. «Холодной весной домики для летучих мышей, расположенные в солнечных местах, могут казаться хорошей идеей, — говорит Карлес Флакер, биолог из Музея естественных наук Гранольерс в Испании, один из авторов исследования. — Однако во время жары они могут оказаться смертельно опасными».

Затем появляются непрошеные гости. По словам О’Киф, поскольку многие искусственные убежища разрушаются не так быстро, как естественные гнезда или насесты, внутри них со временем скапливаются такие вредители, как клещи или летучие жуки, которые питаются кровью летучих мышей. «Они просто ждут, когда летучие мыши вернутся и снова заселят их», — отмечает она.

Когда горнодобывающие компании в Австралии уничтожили среду обитания северных сумчатых куниц, находящихся под угрозой исчезновения, они попытались компенсировать ущерб, насыпав камни, гравий и бетон, надеясь, что это создаст нечто похожее на естественную среду обитания животных. Но, как отмечают Коуэн и его коллеги в работе, опубликованной в 2020 году, образовавшиеся щели между камнями позволили одичавшим кошкам, которые охотятся на куниц, поселиться в этих местах. По словам Коуэна, если искусственное убежище спроектировано неправильно, «можно создать условия для благополучия не того вида».

Поскольку изменение климата усиливается, и экстремальные температуры становятся новой нормой, некоторые исследователи экспериментируют с искусственными убежищами, которые могут обеспечить стабильный микроклимат за счет более совершенного дизайна и технологий.

Например, для исчезающего вида индианской ночницы, О’Киф и ее коллеги разработали высокие контейнеры, напоминающие ракету, «чтобы у них было пространство для перемещения сверху вниз», — поясняет она. Такая конструкция обеспечивает широкий диапазон температур внутри ящика. Многие виды летучих мышей предпочитают выбирать более теплое место, когда температура снаружи падает, и более прохладное в жаркие дни, без необходимости перебираться на новое место для ночлега.

В другом недавнем исследовании, посвященном температурным колебаниям, ученые из Австралии сравнивали прототипы гнездовых домиков из различных видов пластика и древесины, с изоляцией (например, опилками, проложенными между двойными стенками) и без нее, чтобы определить наилучшую комбинацию для смягчения колебаний температуры окружающей среды. Исследователи использовали прототипы, напечатанные в 3D, чтобы найти оптимальные конструкции для коммерческого производства.

Ученые из Мельбурнской школы дизайна напечатали на 3D-принтере гнезда для гигантской иглоногой совы, находящейся под угрозой исчезновения, и установили их с помощью технологий дополненной реальности. Люди, собирающие гнезда, надевали гарнитуры, которые позволяли им видеть виртуальные модели, проецируемые на деревья. «Сначала мы сканируем дерево лазером, а затем создаем форму, которую гораздо проще установить», — объясняет Станислав Рудавский, дизайнер, работавший над проектом в сотрудничестве с биологами. По словам Рудавского, получившееся гнездо было сверхлегким и могло устанавливаться на конкретное дерево, как искусственный зуб в полость.

Среди строительных материалов использовался конопляный бетон — из конопли, извести и воды — для дренажа и вентиляции. Кроме того, в конструкции были предусмотрены шероховатые внутренние поверхности, которые хорошо подходят для царапания и лазания.

Другие исследователи сосредоточили свое внимание на том, как лучше защитить животных, чтобы они не стали добычей. Например, ученые из Австралийского национального университета установили гнездовые домики с автоматическими светочувствительными дверцами и следили за ними с помощью камер, активизирующих движение, чтобы проверить, смогут ли они защитить Тасманийских древесных ласточек от сахарных сумчатых летяг, очаровательных, но разрушительных инвазивных хищников. Как только на улице темнело, двери автоматически закрывались, обеспечивая безопасность птиц и не допуская проникновения ночных хищников. Исследователи опубликовали результаты в работе 2018 года, отметив, что 81% домиков, в которых не было автоматических дверей, были разорены летягами. В то же время ни одно из гнезд в высокотехнологичных домиках не было разорено, а некоторые выдержали до 14 атак.

В аналогичных исследованиях использовались автоматические двери с микрочипами для защиты животных в искусственных убежищах. Ученые из Квинслендского университета вживили микрочипы восьми диким лисьим кузу, каждый из которых активировал автоматическую дверь в уникальном домике. Чтобы научить животных пользоваться высокими технологиями, ученые клали внутрь бутерброды с арахисовым маслом, сначала с полностью открытыми дверцами, чтобы заманить кузу внутрь. Постепенно исследователи закрывали дверцы, пока животные не начинали приводить механизм в действие, просто стоя у входа. Исследователи хотели выяснить, можно ли в дикой природе научить животных пользоваться подобными устройствами, и, обнаружив, что можно, предложили продолжить изучение того, как эта технология может повысить успешность природоохранных программ.

Такие индивидуальные разработки требуют значительных ресурсов; создание эффективных убежищ может быть сложным, дорогим и длительным процессом. Так, например, исследование каменных куч сцинков, созданных с помощью игры, еще далеко от завершения, а напечатанные на 3D-принтере совиные гнезда пока не привлекли ни одной совы.

По словам Коуэна, среди ученых, работающих в области искусственных убежищ, распространено двойственное отношение. «Я думаю, что общее мнение сводится к тому, что эти ландшафты были бы гораздо лучше без вмешательства человека», — говорит он.

По словам Коуэна, учитывая большое количество ошибок в прошлом, ученые не спешат заявлять об успехе. По его мнению, работа по созданию эффективных убежищ подчеркивает важность сохранения естественной среды обитания.

«Было бы наивно полагать, что мы сможем воссоздать природные ландшафты в короткие сроки», — признает он. И хотя искусственные убежища могут стать лишь временной мерой по спасению природы, Бонтер считает: «Если мы ничего не будем делать, то только увеличим темпы исчезновения дикой природы».

Источник