На прикладі експериментів і екологічних парадоксів пояснюємо, чому не можна спрощувати біологічні системи, вилучаючи з них більшість видів.

Близько десяти років тому група екологів з Єльського університету провела дуже простий, на перший погляд, експеримент[1]. На самому початку періоду вегетації науковці повністю ізолювали від зовнішнього середовища кілька однакових ділянок лучної рослинності, заздалегідь упевнившись, що на них зовсім нема тварин, навіть дрібних комах. Потім на одних ділянках вони поселили травоїдних комах (коників) разом з хижими павуками, що на них полюють, на інших — тільки коників. Третю групу ділянок залишили зовсім без тварин. Наприкінці літа вони підрахували біомасу, накопичену рослинами на всіх ділянках. Результати експерименту виявилися доволі незвичайними.

Там, де були коники, але не було павуків, рослини сформували меншу біомасу, ніж на тих ділянках, де жили й ті, й інші. Це виглядає логічним: без стримуючих факторів коники можуть знищити значну частину рослинності — згадайте спустошувальні нальоти сарани. Але дивовижним виявилося інше: там, де серед рослин зовсім не було тварин, біомаси утворилося на 20–40% менше, ніж на ділянках з кониками й павуками.

Здавалося б, якщо рослини полишені на самоті, їм точно ніщо не заважає накопичити максимальну можливу біомасу. Там же, де є коники, хай навіть і стримувані павуками, поїдання рослин неминуче. Але, як висловився керівник проєкту Освальд Шмітц в інтерв’ю журналу Scientific American, «реальність виявилася іншою», після чого він додав: «і, якщо чесно, то ми просто не знаємо, чому»[2].

Буде цікаво: Екологічні послуги як дзеркало біосферної економіки (RU)

У цьому експерименті є ще один цікавий аспект. Екологи часто вживають поняття «харчовий ланцюг». Кажучи простими словами, це спосіб показати, хто ким живиться в конкретному біоценозі. У наземних екосистемах харчові ланцюги завжди починаються з рослин, що виробляють органічні речовини за допомогою енергії сонця (фотосинтез). Далі йдуть травоїдні тварини, потім хижаки. Реальні ланцюги довгі й часто розгалужені (дерево–гусені–мурахи–павуки–синиці–яструб і т. д.). Але в описаному досліді вони були максимально спрощені й складалися з однієї ланки (тільки рослини), двох (рослини + коники) або трьох (рослини + коники + павуки).

Важливо, що на кожному етапі харчового ланцюга втрачається частина біомаси. Справді, споживана їжа ніколи не засвоюється цілком, а з того, що засвоїлося, частина витрачається на дихання й рух. Тому що довшим є ланцюг, то більше початкової (рослинної) біомаси в ньому мало бути втрачено у вигляді відходів і вуглекислоти. Проте результати знов не відповідають передбаченому: адже в найдовшому ланцюзі зрештою накопичилося більше біомаси, ніж у найкоротшому.

Може здатися, ніби рослини «зрозуміли», що їм потрібно утворити більше біомаси для довшого ланцюга. Але як? Навіть якщо вони сприймали пошкодження кониками як механічний стимул для прискорення зростання (таку думку запропонували автори статті), звідки ж вони дізналися про наявність павуків? Адже павуки їх не їли.

Ця історія дуже нагадує дитячу загадку про вовка, козу й капустину, лише з тією різницею, що правильним рішенням буде посадити в човен усіх трьох: з екологічної точки зору такий варіант буде найстійкішим. Чи означає це, що екосистеми розвиваються всупереч природній логіці причин і наслідків? Ні, не означає. Справа в іншому: організуючи екологічні експерименти так, щоб усі причини й наслідки були для нас однозначними, ми фактично руйнуємо баланс, змушуючи види взаємодіяти так, як вони ніколи б цього не робили в природі.

Один із найбільш цитованих у світі з подібних дослідів здійснив у 1930-х роках професор МДУ Георгій Гаузе. Він вирощував у пробірках інфузорій різних видів, що харчувалися тими ж самими бактеріями й дріжджами. Окремо кожен вид чудово існував у штучних умовах. Але коли два види поєднували в одній пробірці, через деякий час лишався тільки один із них, а другий зникав, не витримавши конкуренції за харчування. Вважають, що таким чином Гаузе наочно довів принцип конкурентного виключення, що увійшов у «золотий фонд» теоретичної екології.

Здавалося б, усе логічно: якщо ресурси обмежені й кілька видів конкурують за них, то перемагає найсильніший. Але реальність знов виявилася іншою. Жодним чином не применшуючи заслуг Гаузе, ми змушені визнати, що в природі практично не видно проявів цього закону. Наприклад, спостереження й експерименти Нельсона Гейрстона з саламандрами в Аппалачах показали, що конкуренція в природному середовищі існує, а от конкурентне виключення — ні.

Непросте біорізноманіття: хто має вирішувати долю видів?

Добре відомий також «парадокс планктону», що досі не вирішений. Мікроскопічні організми (багато в чому подібні до вже згаданих інфузорій) живуть у всіх океанах масовими скупченнями біла поверхні води, де середовище виглядає практично однорідним. Чим не природний варіант дослідів Гаузе? Проте ми не спостерігаємо тут виразного домінування одного «найбільш пристосованого» виду (або кількох видів) — навпаки, стикаємося зі сталим неймовірним видовим різноманіттям, що створює кормову базу для великих організмів.

Ближчий до нас приклад — ліси. На Землі є чимало лісів, де росте одразу кілька чи навіть багато порід дерев (особливо в тропіках, але не лише там). Саме в них ми часто бачимо, що дерева кожної породи виглядають велетенськими, навіть розкішними, хоча, здавалося б, мусять пригнічувати одне одного. Якщо ж ми тепер згадаємо приміські зелені зони, що зазвичай складаються з одного виду дерев, то нас навряд чи вразить їхній вигляд.

Повернемося до експерименту з травою, кониками й павуками. Єльські науковці не створювали свої екосистеми з нуля: вони скористалися природними луками, де давно сформувалися складні екологічні зв’язки. Що ж зробили експериментатори з «точки зору» самих екосистем? Вони спочатку позбавили первісну природу кількох важливих компонентів, а потім «дозволили» деяким із них повернутися на своє місце. Хіба ж дивно, що найбільш повноцінні системи в результаті показали більшу продуктивність порівняно з максимально спрощеними? Чому взагалі ми мали б очікувати чогось іншого? Як бачите, невелика «зміна фокусу» дозволяє подивитися на старі факти з нового боку.

 

Ми постійно потрапляємо в одну й ту саму пастку, вважаючи, що «переваги» біорізноманіття потрібно доводити. Але сама природа на кожному кроці демонструє нам, що різноманіття на всіх рівнях є визначальним. Втручаючись у складні природні системи, ми часто не просто виходимо за межі власних знань (що цілком нормально), але поводимося як слон у посудній лавці. У підсумку отримуємо то хаос, то пусте приміщення, де все зрозуміло, але нічим не можна скористатися, то необхідність збирати китайську порцеляну з уламків, не знаючи, який фрагмент до чого підходить. І якщо навіть наукові експерименти демонструють недоліки спрощеного погляду на природу, тим більше про це варто замислитися тим, хто, маючи руйнівну міць у тисячі слонових сил, ще не навчився слонової мудрості.

Урбоекологія - міст між міським і природним (RU)

Текст: Володимир Скворцов

Ілюстрації: Катерина Цвентух

Переклад з російської: Міла Кац


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

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