На примере экспериментов и экологических парадоксов объясняем, почему нельзя упрощать биологические системы, изымая из них большинство видов.

Около десяти лет назад группа экологов из Йельского университета провела очень простой, на первый взгляд, эксперимент[1]. В самом начале периода вегетации ученые полностью изолировали от внешней среды несколько одинаковых участков луговой растительности, предварительно убедившись, что на них нет никаких животных, даже мелких насекомых. Затем на одних участках они поселили травоядных насекомых (кузнечиков) вместе с охотящимися на них хищными пауками, на других — только кузнечиков. Третью группу участков оставили вообще без животных. В конце лета они подсчитали биомассу, накопленную растениями на всех площадках. Результаты эксперимента оказались довольно необычными.

 

Там, где кузнечики были, а пауки отсутствовали, растения сформировали меньшую биомассу, чем на тех участках, где жили и те, и другие. Это выглядит логичным: без сдерживающих факторов кузнечики могут уничтожить значительную часть растительности — вспомните опустошающие налеты саранчи. Но удивительным оказалось другое: там, где растения росли вообще без присутствия животных, биомассы образовалось на 20–40% меньше, чем на участках с кузнечиками и пауками.

Казалось бы, если растения предоставлены сами себе, им точно ничто не мешает накопить максимально возможную биомассу. Там же, где есть кузнечики, пусть и сдерживаемые пауками, поедание растений неизбежно. Но, как выразился руководитель проекта Освальд Шмитц в интервью журналу Scientific American, «реальность оказалась иной», после чего он добавил «и, если честно, то мы просто не знаем, почему»[2].

Будет интересно: Экологические услуги как зеркало биосферной экономики

В этом эксперименте есть ещё один интересный аспект. Экологи часто пользуются понятием «пищевая цепь». Говоря простыми словами, это способ показать, кто кем питается в данном биоценозе. В наземных экосистемах пищевые цепи всегда начинаются с растений, которые производят органические вещества с помощью энергии солнца (фотосинтез). Затем идут травоядные животные, затем хищники. Реальные цепи длинные и часто разветвлённые (дерево–гусеницы–муравьи–пауки–синицы–ястреб и т.д.). Но в описанном опыте они были максимально упрощены и состояли либо из одного звена (только растения), двух (растения + кузнечики) либо трёх (растения + кузнечики + пауки).

Важно, что на каждом участке пищевой цепи теряется часть биомассы. Действительно, съеденная пища никогда не усваивается целиком, а из того, что усвоилось, часть тратится на дыхание и движение. Поэтому чем длиннее цепь, тем больше исходной (растительной) биомассы в ней должно было потеряться в виде отходов и углекислоты. Однако результаты опять не совпадают с предсказанными: ведь в самой длинной цепи накопилось в итоге больше биомассы, чем в самой короткой.

Возникает ощущение, что растения «поняли», что им нужно произвести больше биомассы для более длинной цепи. Но как? Даже если они воспринимали повреждение их кузнечиками как механический стимул для ускорения роста (такую мысль высказывали авторы статьи), то откуда они узнали про наличие пауков? Ведь пауки их не ели.

Эта история очень напоминает детскую загадку про волка, козу и капусту, с той разницей, что правильным решением будет посадить в лодку всех троих: с экологической точки зрения именно такой вариант будет самым устойчивым. Означает ли это, что экосистемы не подчиняются естественной логике причин и следствий? Нет, не означает. Дело в другом: выстраивая экологические эксперименты так, чтобы все причины и следствия были для нас однозначны, мы фактически разрушаем баланс, заставляя виды взаимодействовать так, как они никогда бы не стали делать это в природе.

Один из самых цитируемых в мире подобных опытов осуществил в 1930-х годах профессор МГУ Георгий Гаузе. Он выращивал в пробирках инфузории различных видов, питавшиеся одними и теми же бактериями и дрожжами. По отдельности каждый вид прекрасно существовал в искусственных условиях. Но когда два вида объединяли в одной пробирке, то через некоторое время оставался лишь один из них, а второй исчезал, не выдерживая конкуренции за питание. Считается, что таким образом Гаузе наглядно доказал принцип конкурентного исключения, вошедший в «золотой фонд» теоретической экологии.

Казалось бы, все логично: если ресурсы ограничены и несколько видов конкурируют за них, то побеждает сильнейший. Но реальность опять оказалась иной. Никак не умаляя заслуги Гаузе, приходится признать, что мы практически не видим проявлений этого закона в природе. Например, наблюдения и эксперименты Нельсона Хейрстона с саламандрами в Аппалачах показали, что конкуренция в естественной среде существует, а вот конкурентное исключение — нет.

Непростое биоразнообразие: кто должен решать судьбу видов?

Хорошо известен также «парадокс планктона», до сих пор не разрешённый. Микроскопические организмы (во многом подобные тем же инфузориям) живут во всех океанах массовыми скоплениями близ поверхности воды, где среда выглядит практически однородной. Чем не естественный вариант опытов Гаузе? Однако мы не наблюдаем здесь резкого преобладания одного (или немногих) «самых приспособленных» видов, напротив — сталкиваемся с постоянно существующим невероятным видовым разнообразием, создающим кормовую базу для крупных организмов.

Более близкий нам пример — леса. На Земле есть немало лесов, где растёт сразу несколько или даже множество пород деревьев (особенно в тропиках, но не только). Именно там мы часто видим, что деревья каждой породы выглядят особенно крупными, даже роскошными, хотя, казалось бы, они должны угнетать друг друга. Если мы теперь вспомним пригородные зеленые зоны, состоящие обычно лишь из одного вида деревьев, то нас вряд ли впечатлит их вид.

Вернёмся к эксперименту с травой, кузнечиками и пауками. Йельские ученые не создавали свои экосистемы с нуля: они воспользовались естественными лугами, где давно сформировались сложные экологические связи. Что же сделали экспериментаторы с «точки зрения» самих экосистем? Они сначала лишили естественную природу нескольких важных компонентов, а потом «позволили» некоторым из них вернуться на свое место. Что же удивительного в том, что наиболее полноценные системы в результате показали большую производительность по сравнению с максимально упрощёнными? Почему вообще следовало ожидать чего-то другого? Как видите, небольшая «смена фокуса» позволяет взглянуть на старые факты с новой стороны.

 

Мы постоянно попадаем в одну и ту же ловушку, считая, будто «преимущества» биоразнообразия нужно доказывать. Но сама природа на каждом шагу демонстрирует нам, что разнообразие на всех уровнях является основополагающим. Вмешиваясь в сложные природные системы, мы зачастую не просто выходим за рамки собственных знаний (что вполне нормально), но ведём себя как слон в посудной лавке. В итоге получаем то хаос, то пустое помещение, где всё ясно, но ничем нельзя воспользоваться, то необходимость собирать китайский фарфор из осколков, не зная, какой фрагмент куда подходит. И если даже научные эксперименты демонстрируют недостатки упрощённого взгляда на природу, то тем более об этом следует задуматься тем, кто, обладая разрушительной мощью в тысячи слоновьих сил, ещё не научился слоновьей мудрости.

Читать далее: Урбоэкология — мост между городским и естественным

Текст: Владимир Скворцов

Иллюстрации: Екатерина Цвентух

[1] См.: https://www.pnas.org/content/110/27/11035

[2] См.: https://www.scientificamerican.com/article/predators-help-plants-put-away-carbon/