Шон Кэрролл - Закон «джунглей»
Пора разобраться с тайной всех этих экологических новообразований.
Недостающие звенья
Microcystis, цикадки, павианы, бычерылы… В результате нарушения какого закона (или законов) регуляции эти существа смогли так расплодиться?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте для начала подумаем: как могут регулироваться такие популяции? Элтон подчеркивал, что если хочешь понять, как устроено биологическое сообщество, то нужно проследить пищевую цепь. Могли ли эти популяции увеличиваться, так как у их представителей стало больше пищи?
Для Microcystis такое объяснение кажется убедительным. Важнейшее питательное вещество, от которого зависит темп роста водорослей, – это фосфор. Непосредственным катализатором цветения воды является резко возросшее содержание фосфора (в составе неорганических фосфатов), поступающего в озеро Эри летом и весной с ферм и из других источников. В структуре озерной пищевой цепи фосфор оказывает восходящий эффект на популяции водорослей.
Но обилие пищи, по-видимому, не объясняет других разновидностей экологического рака. Например, цикадки могут сколько угодно кормиться рисом на любых полях, но обычно эти насекомые не слишком наседают на посевы. Причем изобилие пищи не объясняет взрывного роста популяции в присутствии пестицидов. Аналогично, пищевые аспекты не объясняют, почему в ганских парках размножились только павианы, а численность всех прочих животных сократилась; точно так же восточноамериканские бычерылы стремительно размножились не потому, что стало больше гребешков. Итак, от чего еще, кроме пищи, может зависеть численность этих животных?
Может быть, следует взглянуть на те звенья пищевой цепи, которые расположены выше, а не ниже этих животных?
Именно так и поступили Питерсон с коллегами, изучая бычерылов. Бычерылов едят акулы, и, когда ученые исследовали последние данные о популяциях акул близ восточного побережья, они обнаружили, что с 1972 г. численность пяти видов радикально снизилась. На 87 % уменьшилась популяция серо-голубых акул, на 93 % – популяция черноперых акул, и на 97–99 % сократились популяции рыбы-молота, тупорылой акулы и темной акулы. Акулы также охотятся и на других животных. Если сокращение численности акул повлекло демографический взрыв в популяции бычерылов, то логично было предположить, что прочей акульей дичи тоже стало больше. Действительно, ученые установили, что кроме бычерылов стали более многочисленны еще 13 видов рыб, на которых охотятся акулы, в том числе различные мелкие скаты и небольшие акулы.
Подобным образом объясняется и засилье павианов в Гане. На павианов охотятся львы и леопарды, а в парках Ганы их численность радикально снизилась, к 1986 г. на трех из шести охраняемых территорий эти кошки полностью исчезли. Там, где не осталось львов и леопардов, сразу стало много павианов (рис. 8.3).
Вернемся к цикадкам. Почему их стало так много, когда рисовые поля стали опрыскивать пестицидами? Оказывается, что некоторые насекомые и пауки – естественные враги цикадок. Например, пауки-волки и их паучата активно поедают бурых цикадок и их личинок соответственно. Пестициды вытравили пауков (и других членистоногих), которые не дают разрастись популяции цикадок. На полях, опрысканных пестицидами, хищников меньше, а их добыча, маловоспримчивая к пестицидам, процветает.
Открытие этих трех столь разных видов экологического рака основано на одном общем и очень простом наблюдении: если истребить хищников, то их добыча станет неуправляемой. Логика таких экологических новообразований нам знакома. Хищники отрицательно регулируют рост популяции. Точно как опухолевые супрессоры, они тормозят ее рост. Если вырвать эти критически важные звенья из пищевой цепи, то добыча этих хищников станет бесконтрольно размножаться, что соответствующим образом повлияет на трофические каскады. Каждый вид экологического рака обусловлен лавинообразным эффектом, связанным с уничтожением верхнего хищнического уровня в трофическом каскаде и с превращением трехуровневых каскадов в двухуровневые (рис. 8.4).
Рис. 8.3
Увеличение численности павианов-анубисов в сочетании с сокращением популяций львов и леопардов в Гане
Иллюстрация по образцу Brashares et al., 2010, перерисована Лиэнн Олдз
Рис. 8.4
Каскадные эффекты, вызванные исчезновением акул, пауков и больших кошек. Бесконтрольное размножение бычерылов, цикадок и павианов привело к сокращению численности гребешков, а также к гибели риса и других важнейших злаков
Иллюстрация Лиэнн Олдз
С точки зрения ловца гребешков, рисовода или ганской семьи (и в свете закона двойного отрицания неповрежденных каскадов), акулы, пауки и львы должны считаться союзниками человека, относиться к которым нужно бережно. В каждом из этих случаев подтверждается древняя поговорка «враг моего врага – мой друг».
Исчезновение трофических уровней, вероятно, повлияло и на ситуацию с озером Эри. В незагрязненных пресных озерах рост водорослей также регулируется в нисходящем направлении со стороны планктона – например, мелких рачков, питающихся этими водорослями. При цветении воды эта регуляция отключается, растительноядный планктон гибнет из-за токсинов, выделяемых водорослями. В таком случае водорослевый рак – это комбинация слишком сильного давления снизу (заевший акселератор) и слишком слабого нисходящего контроля (отказавший тормоз).
Слишком много, слишком мало и чересчур
Грэм Кохли в соавторстве с Тони Синклером написал классическую работу об экологии дикой природы и управлении ею. Он разделил все проблемы диких популяций всего на три категории: «слишком много», «слишком мало» и «чересчур». Бурых цикадок, павианов и бычерылов стало «слишком много», так как пауков, львов и акул соответственно стало «слишком мало».
Но базовыми причинами этих новообразований являются не исчезнувшие хищники, а чрезмерное антропогенное воздействие: чересчур много фосфора на фермах, чересчур много пестицидов на полях, чересчур активный браконьерский отстрел львов, леопардов и их дичи, а также отлов акул. Тем яснее описанные мною косвенные, незапланированные, непредусмотренные побочные эффекты демонстрируют, что все подобные действия вредят нам в долгосрочной перспективе. На протяжении многих десятилетий можно было сказать, что мы не знаем, что можно и чего нельзя, так как не представляем естественных законов регуляции. Но эти времена в прошлом.
Теперь, когда мы действительно понимаем, что делать, сможем ли мы, зная законы, решить какие-либо из этих проблем? Уже предпринимаются некоторые смелые и удивительно масштабные попытки такого рода. Можно вспомнить слова Кеннона, с которыми он обратился к бостонским врачам, говоря о законах физиологической регуляции: у нас появился «повод для оптимизма, что лечение поможет больному».
Глава 9. Возьмите 60 млн судаков и перезвоните нам через 10 лет
Хорошая наука и хороший менеджмент – сложные дела.
Джеймс КитчеллРис. 9.1
Озеро Мендота, Мэдисон, штат Висконсин. На переднем плане – кампус Висконсинского университета
Снимок Джеффа Миллера. Публикуется с разрешения Висконсинского университета, Мэдисон
Однажды вечером ранней весной 1987 г. я впервые вылетел в Мэдисон, штат Висконсин, на собеседование. Учитывая, что мне доводилось слышать, я не рассчитывал, что мне предложат кафедру в Висконсинском университете, но, даже если бы такое предложение поступило, я не был склонен принимать его, так как рассчитывал устроиться в другой университет. Ранее я никогда не бывал в Висконсине и мало знал об этом месте. Поскольку было маловероятно, что мне доведется вновь отправиться туда в обозримом будущем, я просто решил посмотреть места и постараться насладиться поездкой.
Следующим утром я впервые увидел озеро Мендота. Был удивлен и впечатлен: в длину и в ширину озеро достигало нескольких километров. Примерно в 3,5 км от его южного берега расположился университетский кампус. На территории городка повсюду тянулись ровными линиями посадки высоких деревьев, и там были пляжи! Я даже не представлял, что и город, и университет находятся вблизи от столь крупного водоема. Более того, я не знал, какое знаменитое озеро осматриваю, – ведь не кто иной, как Генри Уодсворт Лонгфелло (1807–1882) написал в 1870 г. такие строки в честь мэдисоновских озер (крупнейшим из которых является Мендота):
Чистые озера, спокойные, полные света,
Чистый город, укутанный в белые одежды —
Каким видением они предстают!
Весь этот пейзаж, словно плывущий куда-то,
Напоминает страну облаков или грез,
Купающуюся в золотом воздухе!
