Книга: Будущее Земли: Наша планета в борьбе за жизнь

12. Неизведанные паутины жизни

12. Неизведанные паутины жизни

тобы сохранить биоразнообразие, необходимо понимать, как виды, входящие в одну экосистему, взаимодействуют друг с другом. Это должно быть очевидно и ученым, и людям, далеким от науки. Но наши знания о взаимодействиях настолько скудны, а отрасль научного знания, занимающаяся изучением экосистем, настолько слабо развита, что мы не можем ответить на большинство стоящих перед нами вопросов или решить хотя бы самые простые проблемы в этой области.

Как ученый с опытом полевых и теоретических исследований в области изучения экосистем, я считаю своим долгом еще раз остановиться на проблемах, сохраняющихся в этой отрасли биологического знания, обусловленных недостаточностью проводимой работы и ее несоответствием текущим задачам. Особенно плохо в рамках традиционных подходов к анализу экосистем разработаны вопросы способов взаимодействия видов между собой. Разумеется, недостатка в сложных математических моделях нет.

Когда данных мало, строить модели легко — слишком легко.

Не поймите меня превратно. Любые экологические исследования, независимо от уровня абстракции, нужны и интересны. Молодым ученым с хорошей математической подготовкой они гарантируют светлое будущее и даже моменты научных озарений. Несмотря на это, по степени привлекательности для любителей чистого научного знания современная экология уступает даже экономике. Как и в этой маргинальной науке, которой недостает данных о врожденных и приобретенных факторах, определяющих экономическое поведение индивидов, главное препятствие в работе экологов — база данных с информацией для идентификации и изучения эволюции образующих экосистемы видов. Добавьте сюда абсолютную нелинейность, которая, подобно угрю в руках ловца, извивается, так и норовя выскользнуть всякий раз, когда вы пытаетесь отыскать общую логику в реальных действиях реальных существ и персонажей. Как бы там ни было, теоретикам пока не под силу охватить близкую к бесконечной сложность реального мира, состоящего не из двух-трех, а огромного, обычно даже не поддающегося подсчету, числа видов.

В редких случаях анализ данных может помочь экологам выявить частичные корреляции, приоткрывающие завесу над причинами происходящих в окружающей среде изменений. Одна из них — вызванное глобальным потеплением увеличение численности короедов в хвойных лесах, приводящее к более частым лесным пожарам. Вторая — общее расширение границ фундаментальных экологических ниш, занимаемых различными видами, на фоне снижения разнообразия видов в рамках экосистем, как это, например, происходит в арктических экосистемах и экосистемах с умеренным северным климатом. Отдельные виды в среднем встречаются в большем количестве мест обитания. Они потребляют более разнообразную пищу. Еще одна общемировая тенденция заключается в увеличении разнообразия лишайников, хвойных и тли при движении к северу параллельно с уменьшением разнообразия орхидей, бабочек и рептилий. Впрочем, как правило, ключевые экологические факторы изменения биоразнообразия поддаются анализу только при изучении экосистем, которые очень малы и обладают относительно небольшим биоразнообразием.

Процесс познания в экологии, как и в любой другой научной дисциплине, состоит из нескольких этапов — от простого к сложному. Сначала вы открываете определенное явление или приходите к выводу, что оно существует, а затем начинаете размышлять над его причиной и следствиями, подбирая под имеющиеся данные какое-либо объяснение, которое кажется вам убедительным. Когда объяснение найдено, вы, руководствуясь здравым смыслом или следуя интуиции, переходите к поиску возможных способов исследования этого явления (формулируете гипотезы), желательно с возможностью нескольких альтернативных интерпретаций. При этом вы продолжаете искать новые данные и совершенствуете теоретическую часть. Иногда это помогает лучше понять изучаемое явление и закономерность, частью которой оно является, а иногда — нет. И даже если объяснить все явление целиком так и не удается, по крайней мере вы нащупываете возможности для новых исследований в будущем.

Таким образом, процесс научного познания редко носит прямолинейный характер. Настоящие прорывы, когда проблема решается в лоб, случаются очень нечасто. Напротив, этот процесс движется по траектории, напоминающей паутину, с резкими поворотами и внезапными переходами, приводящими к пересмотру базовых понятий и смене направления исследования. Постепенно предмет изучения обрастает новыми подробностями. Приходится ждать, пересматривать материалы, описывать детали явления более подробно, уделять больше внимания причинным связям. И вдруг все встает на свои места, и наступает момент прозрения.

Именно так совершается большинство научных открытий. Очевидно, что в экологии ситуация несколько иная. Данные, которые требуются для углубленного изучения структуры и функционирования экосистем, в большинстве случаев просто отсутствуют. Давайте в очередной раз обратимся к экологам с вопросом о том, как мы можем понять глубинные факторы, обеспечивающие экологическую устойчивость экосистемы леса или реки, если у нас до сих пор нет данных о большинстве видов насекомых, нематод и прочих небольших организмов, от которых зависит работа тонко настроенных механизмов обмена энергией и веществом. Если говорить о морских экосистемах, то как мы должны относиться к опубликованным впервые в 2013 г. данным об избытке в них вирусов-бактериофагов? И как мы можем быть уверены в том, что правильно понимаем принципы функционирования морских экосистем, когда сверхминиатюрные организмы Picozoa, которые, возможно, составляют основную часть поглощающей коллоидные образования «темной материи» океанов, была впервые описана с анатомической точки зрения и объявлена новым типом также только в 2013 г.?

Давайте взглянем на проблему недостаточной «научности» экологии несколько иначе. Каждая научная дисциплина должна пройти в своем развитии через стадию естественной истории, прежде чем в ее недрах сформируется нечто похожее на зрелую теорию. Как раз данные о видовом составе биоразнообразия и о биологии составляющих его видов и являются той научной естественной историей, которой так недостает большинству разделов экологии. По крайней мере две трети видов на Земле остаются неизвестными и не включенными ни в какие классификации, а из той трети, что известна, менее чем один вид из тысячи становился предметом подробного изучения в рамках биологии. Подобно физиологии и медицине, развитие (и преподавание) которых напрямую обусловлено наличием глубоких знаний об органах и тканях человеческого организма, наука об экосистемах вряд ли добьется серьезных успехов до тех пор, пока не будет располагать подробными сведениями о входящих в каждую экосистему видах живых организмов.

Апологеты, выступающие в поддержку философии антропоцена, уделяют большое внимание экосистемам, но при этом их образование не позволяет им понять природу и значение видового биоразнообразия. Исследователей, специализирующихся на биологии отдельных видов, можно сравнить с нейробиологами, изучающими работу мозга в мельчайших подробностях. На их фоне поборники антропоцена, которые рассматривают виды как взаимозаменяемые составные части экосистем, ничем не отличаются от френологов XIX в., судивших о психике человека по строению его черепа.

Таким образом, основной объем работы по изучению экосистем, которую необходимо провести в самое ближайшее время, касается изучения биоразнообразия на уровне видов. Изучение биоразнообразия, как это было всегда, начинается с таксономии. Таксономисты открывают виды, выявляя их по различиям в анатомии, ДНК, поведении, среде обитания и прочим биологическим характеристикам. Вся эта информация имеет практическое значение. Предположим, что урожаю люцерны в какой-нибудь европейской стране угрожает новый вид плодовых мушек неизвестного происхождения. Как называется этот незваный гость, как его следует классифицировать? Откуда он был занесен? Какие у него паразиты и другие враги в естественной среде обитания там, откуда он был занесен? Какая другая имеющаяся информация о его биологических особенностях может помочь контролировать его популяцию? Было бы крайне неразумно проводить необходимые исследования с нуля каждый раз, когда возникает такая чрезвычайная ситуация. Необходимо также учитывать, что число таких инвазивных видов растет повсюду в геометрической прогрессии. Лишь немногие виды в этой нарастающей волне переселенцев потенциально являются вредителями. Встречаются среди них и болезнетворные микроорганизмы. Не обходится и без насекомых и прочих организмов, являющихся переносчиками патогенных микробов, передающихся от одного человека или домашнего животного к другому человеку или домашнему животному.

Давайте рассмотрим еще одну группу актуальных проблем в области сохранения биоразнообразия, требующих скорейшего решения. В 2014 г. производители пальмового масла предложили вырубить половину дождевых лесов на Борнео и отдать эту землю под пальмовые плантации, превратив вторую половину острова в заказник. Как это массовое уничтожение лесов повлияет на биоразнообразие Борнео? Смогут ли все существующие на острове виды выжить на усеченной территории заповедника? Или останется лишь 80% видов? Или даже половина? И какое количество уникальных видов, которые не встречаются больше нигде в мире, станет жертвой бензопилы? Как показывает опыт крупномасштабного преобразования природных экосистем, потери вряд ли превысят 50%, но при этом в любом случае будут не меньше 10–20%. При этом многие виды, встречающиеся только на той территории, которая подлежит преобразованию, будут утрачены навсегда или обречены на вымирание в ближайшем будущем, так и не став объектом научного изучения.

Еще одна проблема связана с утверждением поборников антропоцена о том, что дикой природы не осталось, что Землю можно перевести в разряд планет, «бывших в употреблении», и что девственная природа уже мертва или находится в процессе умирания. Пришло время, заявляют они, дать людям возможность более активно вмешиваться в дела природы, чтобы они могли взаимодействовать с видами в дикой природе в рамках взаимовыгодных симбиотических отношений. Сколько видов и какая часть природы при этом выживет? Сторонники идеи антропоцена не имеют ни малейшего представления. Ответить на эти вопросы не под силу даже квалифицированным специалистам.

Как я уже говорил, любой биологический вид играет исключительную роль в иерархии биоразнообразия (экосистемный, видовой, генетический уровни). Он заслуживает самого тщательного изучения. Без знаний о нем невозможно сохранить экосистему в целом. Что для этого необходимо? Историю каждого вида можно рассматривать как своего рода эпос. Для полноценного изучения биологии одного вида живых организмов может не хватить целой жизни. Мы не все знаем даже о тех видах, над изучением которых трудятся сотни исследователей. Кроме того, у каждого вида есть своя экологическая ниша, в рамках которой он тесно взаимодействует с другими видами, выступая в качестве жертвы, хищника, внутреннего или внешнего симбионта, активного участника процесса формирования почв или растительности и т.д. Не существует видов, которые бы жили в полной изоляции. Если мы допускаем смерть одного вида, мы уничтожаем всю сеть взаимодействий, которую он поддерживал при жизни. При этом спрогнозировать возможные последствия ученым удается очень редко. Вытесняя дикую природу, мы поступаем как невежды и наносим непоправимый урон. Мы обрываем множество связей и изменяем функционирование экосистемы, не понимая, к чему это приведет. Как метко подметил в своем втором законе экологии Барри Коммонер, «все должно куда-то деваться».

Большинство взаимодействий в рамках экосистем связаны с питанием. Насекомые, как гласит курс по основам экологии, питаются растениями, птицы — насекомыми, растения снабжают птиц семенами и плодами, содержащими семена, птицы разносят семена с экскрементами, способствуя росту растений. Анализ связей хищник — жертва и симбиотических связей в небольшой экосистеме, состоящей из нескольких видов, позволяет построить математические модели, способные спрогнозировать циклы изменения численности популяций, выявить распределение видов по территории и оценить вероятность их выживания. Но насколько эти модели соответствуют реальности?

Вероятность того, что сделанные на их основе выводы окажутся правильными, чрезвычайно мала, если только не трактовать их максимально широко. Экологи прекрасно осознают, что столь простые сети взаимодействий очень редки в природе. О причинах этого я уже говорил выше. При изучении реального мира с точки зрения естественнонаучной истории обнаруживаются, как правило, весьма необычные и зачастую кажущиеся очень странными межвидовые связи и взаимодействия, не имеющие ничего общего с тем, к чему привыкли люди. Приведу ряд примеров, наглядно иллюстрирующих эту мысль.

ВАМПИРЫ-ОХОТНИКИ. Большинство представителей из 5000 известных науке видов пауков-скакунов имеют короткие лапки, отличаются плотным сложением и обладают волосяным покровом. Они не плетут паутины. Вместо этого они рыщут по земле или растительности, выискивая добычу с помощью больших глаз. Завидев жертву, паук приближается и запрыгивает на нее, как кошка. Эти пауки сильно отличаются друг от друга по величине. Так, если бы самые маленькие были размером с домашнюю кошку, то самые большие достигали бы размеров льва. Если во время чтения газеты во дворе своего дома вы увидите на странице маленького круглого паучка, который станет зигзагообразно перемещаться, можете не сомневаться — к вам в гости зашел паук-скакун. Как правило, они охотятся на представителей какого-то одного вида. Одни предпочитают муравьев, вторые охотятся на пауков других видов. Вид , обитающий на востоке Африки, специализируется на комарах. При этом ест он не просто всех комаров подряд, а только крово­сосущих особей женского пола, которые только что отведали человеческой крови или крови других позвоночных животных. По­этому эти пауки очень часто живут в непосредственной близости от человеческого жилища, отчасти способствуя борьбе с малярией. (Латинское слово culicivora означает «поедатель комаров».)

ЗОМБИ И ИХ ХОЗЯЕВА. Второй пример эволюционной идиосинкразии — находчивые паразиты. В дневное время личинки (гусеницы) европейского непарного шелкопряда прячутся от птиц и прочих хищников под корой деревьев. С приходом темноты они выбираются на поверхность и принимаются за листья. Однако, стоит гусенице заразиться вирусом (в частности, вирусом ядерного полиэдроза), который время от времени беспощадно поражает популяцию непарных шелкопрядов, ее поведение меняется с точностью до на­оборот. Этот вирус вызывает изменение в мозге, которое заставляет гусеницу забираться на верхушку дерева в дневное время. Там ее тело разжижается, и из него выделяется облако вируса, заражая остальных гусениц. Особенно эффективно этот метод передачи работает в дождливую погоду. Аналогичным образом контролируют поведение своих жертв, превращая их в зомби, грибы из рода кордицепс, инфицирующих муравьев через употребляемую ими в пищу растительность. В предсмертной агонии муравьи хватают своими челюстями прожилку листа, тем самым фиксируя положение своего тела. Убив насекомое, гриб прорастает сквозь его тело и выбрасывает споры в воздух, заражая других муравьев.

ОБМАНЩИКИ. Эволюция видов часто сопряжена с обманом. Мир природы изобилует растениями и животными, которые используют различные уловки на последних стадиях своего жизненного цикла. Одну из самых искусных уловок использует вид жуков из семейства нарывников (), обитающий на юго-западе США. Эти жуки прибегают к ряду уловок, позволяющих им безнаказанно пользоваться запасами пчелы-отшельницы (), ареал которой часто совпадает с ареалом этого вида жуков. Самки жуков сначала откладывают яйца у корней растений, часто посещаемых пчелами в поисках пыльцы и нектара. Вылупившись из яиц, личинки жука забираются на растение и группируются, образуя небольшой шарик. После этого маленькие хитрецы начинают выделять вещества, напоминающие ароматом те, с помощью которых пчелы женского пола привлекают особей мужского пола того же вида. Когда сбитая с толку пчела мужского пола приближается к комочку, личинки жука забираются к ней на спину. Затем, когда такая пчела контактирует уже с настоящей особью женского пола с целью спаривания, личинки перебираются с мужской особи на женскую. Они остаются на ее спине до тех пор, пока она не вернется в гнездо. Там они слезают и начинают поедать хранящиеся в гнезде пыльцу и нектар, а также откладываемые пчелой яйца.

В мире растений настоящими мастерами обмана являются орхидеи. Если собрать все их уловки, получится увесистая энциклопедия. Это самое крупное семейство цветковых растений — в нем насчитывается 17 000 видов. Орхидеи используют самые разные приемы для привлечения насекомых, переносящих их пыльцу на другие растения того же вида. У некоторых из них, к примеру, цветки внешне похожи на женскую особь определенного вида ос. Когда особи мужского пола подлетают, чтобы спариться, они попадают в липкую массу пыльцы, которая остается на их теле. Другие виды орхидей привлекают самцов, испуская такой же аромат, что и особи женского пола соответствующего вида. Существует по крайней мере один вид орхидей, от которых исходит запах разгневанных пчел. Запах привлекает ос, которые питаются этими насекомыми. Получив порцию липкой пыльцы, осы опыляют орхидеи вместо того, чтобы спариваться с особями своего вида или собирать пищу.

РАБОВЛАДЕЛЬЦЫ. Множество необычных примеров экстремальных форм адаптации можно найти в мире общественных насекомых. В зоне средних широт Северного полушария уже многие миллионы лет разыгрывается драма муравьиного рабства, построенного на чистом обмане. Многие виды этих насекомых совершают набеги на колонии других видов муравьев и, изгнав защищающих свое жилище взрослых особей, занимаются самым настоящим киднеппингом (антнеппингом?) — похищают не достигшее зрелого возраста беспомощное потомство в виде куколок. Затем захватчики вскармливают пленников (давая им возможность вылупиться из куколок) и используют их для выполнения работ в качестве самых настоящих рабов. В некоторых случаях доходит до того, что рабовладельцы, подобно воинам-спартанцам древности, полностью зависят от ежедневного труда рабов. В основе этого обмана лежит одна особенность, которая свойственна всем муравьям: вышедшие из куколок муравьи-рабочие в течение первых дней своей зрелости привыкают к запаху колонии. С этого момента и до самой смерти пленники считают своих хозяев родственниками, а вовсе не поработителями, коими они на самом деле являются.

Муравьи-рабовладельцы — не знающие пощады воины. У некоторых есть мощные серповидные мандибулы, с помощью которых они убивают и калечат защитников других колоний. Один из изученных мною видов добивается того же результата с помощью специальных нейтрализующих веществ. Во время атаки захватчики выпускают большое количество химического вещества, которое воспринимается защитниками как сигнал тревоги. Осаждаемые муравьи-рабочие впадают в панику и ведут себя так, как могли бы вести себя люди, оглушенные воем пожарной сигнализации. На самих захватчиков вещество не оказывает никакого действия. Напротив, запах собственного феромона их только привлекает.

Что станет с рабовладельцами, если лишить их возможности пользоваться трудом невольников? Однажды я решил проверить это, удалив всех рабов из колонии рабовладельцев в своей лаборатории. Муравьи-воины, оставшись без рабов и не имея соответствующего опыта, начали пытаться выполнять работу, которую раньше за них делали невольники. Получалось у них не очень. Они не знали, как ухаживать за подрастающим поколением: взяв личинку или куколку, они таскали ее туда-сюда в течение некоторого времени, а потом бросали не там, где нужно. Они не могли занести пищу в гнездо, даже когда я клал кусочки еды непосредственно у входа.

Что будет, если различные виды рабовладельцев исчезнут из многих экосистем, которые они населяют? У меня нет идей на этот счет — изучение влияния паразитов представляет собой самостоятельную область научного знания.

УКРОТИТЕЛИ ГИГАНТОВ. Приступая к изучению ранее неизвестного вида, натуралисты часто сталкиваются с фактами, которые вызывают у них самое настоящее изумление. Например, если взять феномен хищничества, встречающийся повсеместно среди животных, обычно считается, что либо хищник и жертва относятся к одной «весовой категории», либо хищник намного крупнее жертвы. Однако встречаются исключения. Птицы убивают клювом насекомых. Стая волков может повалить лося в глубоком снегу, а стая львов в редких случаях даже способна одержать победу над слоном. Тем не менее, как правило, разница в массе между хищником и жертвой не превышает десятикратной. Впрочем, ряд исключений из этого правила можно найти в мире муравьев. Например, трудно увидеть более яркое зрелище, чем охотящиеся муравьи вида , которые живут на широколиственных деревьях вида в дождевых лесах Южной Америки. Не менее 8000 муравьев-рабочих выстраиваются в ряд по нижнему краю листа цекропии и замирают с широко открытыми мандибулами, готовые сомкнуть их в любой момент. Как только на лист садится какое-либо насекомое, сидящие в засаде муравьи мгновенно окружают его со всех сторон и, действуя слаженно, распинают его. При этом их жертвой может стать насекомое практически любого размера. Например, в одном случае ученым удалось извлечь из такой ловушки и измерить насекомое, которое оказалось в 13 350 раз тяжелее одного муравья-рабочего. Удивительная изобретательность такого рода, которую можно сравнить с приемами охоты на мамонта древних людей, встречается в природе достаточно редко.

Приведенные примеры межвидового взаимодействия, отличающиеся удивительным своеобразием, были выбраны не случайно. Во-первых, мне, конечно, просто хотелось привлечь ваше внимание: далеко не всем нравятся насекомые. Но, помимо того, примеры эти служат прекрасной иллюстрацией одного принципа, который играет большую роль в изучении экосистем. Представьте любую экологическую нишу, которая могла бы сформироваться на нашей планете в рамках существующих физических возможностей. (Например, ни одно животное не может бежать со скоростью 200 км/ч или переварить кусок железной руды.) Где-то среди миллионов населяющих Землю видов обязательно найдутся несколько, которые смогут существовать в выбранной вами экологической нише. Если теперь перенести этот принцип с уровня видов на уровень экосистем, то будет уместным процитировать восклицание, которым Чарльз Дарвин закончил «Происхождение видов»:

Тех, кто думает, что природа состоит главным образом из растений и крупных позвоночных животных, я призываю оглянуться вокруг и обратить внимание на тех крох, которые правят нашим миром. Тем, кто верит, что принципы функционирования реальных экосистем можно познать с помощью математических моделей, построенных на основе данных о горстке видов, я говорю: «Вы живете в мире фантазий». Наконец, тем, кто думает, что поврежденная экосистема восстановится сама по себе или может быть восстановлена путем замены аборигенных видов чужеродными аналогами, я говорю: «Десять раз подумайте, прежде чем что-либо ломать». Подобно тому как успех в медицине зависит от знания анатомии и физиологии, успех в охране природы зависит от знания таксономии и естественной истории.