Шон Кэрролл - Закон «джунглей»

Таким образом, миграция – это еще один экологический закон, вернее, нарушение закона, способ выйти за рамки, накладываемые плотностно-зависимой регуляцией:

Миграция ведет к увеличению численности животных, так как улучшает доступ к пропитанию (ослабляет восходящую регуляцию) и снижает уязвимость для хищников (ослабляет нисходящую регуляцию).

Прошло уже 50 лет с тех пор, как Синклер впервые ступил на землю Серенгети (рис. 7.7), а он все еще здесь. Потратив столько времени на изучение кочевых обитателей парка, он сам стал странником. Они с женой Энн выстроили дом на берегу озера Виктория на западной окраине Серенгети и каждый год туда возвращаются.

Отчасти благодаря «мистеру Серенгети» – таким уважительным прозвищем наградили Синклера восхищенные коллеги – мы теперь знаем законы этого невероятного места, а также многое узнали о пищевых цепях, ключевых видах, трофических каскадах, конкуренции, плотностно-зависимой регуляции и миграциях, определяющих, почему Серенгети живет именно так, а не иначе, почему тут так много зебр и сравнительно мало слонов, почему хищники контролируют численность импал и топи, но не жирафов и гиппопотамов, почему сегодня там больше деревьев и бабочек, чем 50 лет назад, зато меньше кузнечиков, почему длинномордые нескладные гну и их миграции – это, выражаясь словами Синклера, «пульс Серенгети».

Рис. 7.7

Тони Синклер в Серенгети

Фото Энн Синклер, публикуется с разрешения Энтони Р. Э. Синклера

Но таким законам подчиняются не только обитатели Серенгети – эти законы действуют в любых экосистемах. Более того, если сравнить их с более общими законами регуляции и логикой жизни в молекулярных масштабах (глава 3), то прослеживается явное сходство. Конкретные механизмы регуляции на экологическом уровне (хищничество, трофические каскады и т. д.) не такие, как на молекулярном, однако положительная и отрицательная регуляция, закон двойного отрицания и регуляция по типу обратной связи контролируют количественные показатели и на том, и на другом уровне.

Положительная регуляция

Восходящая регуляция на высших трофических уровнях

Отрицательная регуляция

Нисходящая регуляция, которую выполняют хищники; конкуренция

Закон двойного отрицания

Трофические каскады: A оказывает сильный косвенный эффект на C, регулируя B

Регуляция по типу обратной связи

Плотностно-зависимая регуляция; рост численности замедляется с увеличением плотности популяции

Подобно конкретным молекулярным законам, от которых зависит наше здоровье, эти экологические законы также составляют основу жизни. Далее мы убедимся, что, как только эти законы нарушаются, беды приходят в наш мир. Понимание законов экологической регуляции, как и понимание молекулярных законов, позволяет выявить «приболевшие» экосистемы, а потенциально – и вылечить их.

В субботу 1 августа 2014 г. в 13.20 жители города Толидо, штат Огайо, получили экстренное предупреждение:

НЕ ПИТЬ ВОДУ

НЕ КИПЯТИТЬ ВОДУ

Химики на городской водоочистной станции обнаружили в воде опасное количество коварного токсина, который не разрушался при кипячении – более того, от кипячения его концентрация только возрастала.

Агломерация с полумиллионным населением просто застыла. Рестораны, общественные места и даже городской зоопарк закрылись. Люди быстро смели с полок магазинов всю бутилированную воду. Губернатор штата Огайо объявил чрезвычайное положение. Мобилизовали Национальную гвардию – военные должны были подвезти воду и мобильные водоочистные установки. Государственные и международные новостные СМИ рассказывали историю современного американского города, оставшегося без воды, – а требовалось почти 230 млн л воды ежедневно. Загнивающий город из Ржавого Пояса был явно не рад такому вниманию.

Я особенно внимательно следил за событиями. Хорошо знал и этот город, и то, как там с водой. Я родился и вырос в Толидо, расположенном на юго-восточном берегу обширного озера Эри. Мы с другом Томом Сэнди часто ходили на берег озера ловить змей, и мое желание стать биологом во многом выросло из того куража, который вселяла такая охота. Но ни разу за все детство я ни одного пальца не окунул в озеро. Я также не стал бы есть ничего, что из него вылавливали.

В годы моего детства (это были 1960-е и начало 1970-х) озеро было печально известно своей загрязненностью – настолько, что доктор Сьюз даже специально упомянул его в своей экологической сказке «Лоракс» (1971):

Конгресс США, озабоченный бедственной ситуацией в районе Эри и других озер, в 1972 г. принял «Закон о чистой воде» (Clean Water Act), уполномочивавший Агентство по охране окружающей среды регулировать сброс стоков в акватории, чтобы обеспечить приемлемое качество воды для людей и водных организмов. В 1972 г. США и Канада также подписали «Соглашение об акватории Великих озер», где декларировалась совместная работа по сокращению объема химикатов, которые сбрасываются и сливаются в Великие озера.

Водорослей стало меньше, рыбы больше. Озеро Эри выздоравливало так быстро, что в 1986 г. доктор Сьюз даже согласился убрать упоминание о нем из последующих изданий сказки «Лоракс».

Но сейчас Эри вновь загрязняется. Все дело в крошечных одноклеточных сине-зеленых водорослях Microcystis, образующих толстые маты, которые могут разрастаться на много километров по поверхности озера. В 2011 г. озеро зацвело как никогда, зеленый ковер толщиной до 10 см протянулся почти на 200 км вдоль южного берега, от Толидо до Кливленда. В 2014 г. даже главная впускная труба водоочистной станции в Толидо обросла густой слизью, напоминающей гороховый суп (рис. 8.1).

Рис. 8.1

Озеро Эри и цветение воды близ города Толидо, август 2014 г.

Спутниковый снимок, сделанный NASA 1 августа 2014 г.

В такой слизи содержится астрономическое количество водорослей. При нормальных условиях в литре воды может быть всего несколько сотен водорослевых клеток. Когда вода зацветает, это количество может увеличиться до 100 млн на литр. Вероятно, при цветении озера в 2011 г. в слизи насчитывалось от квадриллиона (миллион триллионов) до квинтиллиона (миллиард триллионов) ядовитых клеток.

Подобно раковой опухоли, метастазирующей в человеческом организме, бесчисленные водоросли губят озеро, заполоняя его. Масштабное цветение воды – не что иное, как экологический рак.

Когда рак поражает организм, он может повредить органы, поддерживающие в теле гомеостаз. Например, при раке легких или костного мозга организм страдает от недостатка кислорода; при опухолях, поражающих пищеварительный тракт, тело не получает необходимых питательных веществ, а рак печени и костей обрушивает тонкий химический баланс в кровотоке. Так же и масса водорослей убивает озеро, нарушая его важнейшие функции. Яды, выделяемые водорослями, крайне токсичны для рыбы и другой живности, поэтому в пищевых цепях воцаряется хаос. Отмирая, водоросли оседают на дно озера, где их разлагают бактерии, активно расходующие растворенный в воде кислород. В результате вымирает рыба и другие животные, а озеро превращается в мертвую зону со значительно изменившейся гидрохимией.

Озеро Эри – не единственный крупный водоем, оказавшийся в критическом состоянии. Таких озер очень много, в частности Виннипег в Канаде, Тайху в Китае, Ньюве Миир в Нидерландах. Однако не только эти экосистемы страдают от перенаселения определенными организмами. В разных частях биосферы рак принимает разные обличья. Я приведу еще несколько примеров, а затем мы поговорим о том, из-за нарушения каких законов могут «заболеть» озера, поля, бухты и саванны. В главах 9 и 10 я покажу, как, располагая этими знаниями, можно лечить экосистемы.

Достаточно пролететь на самолете над тропической Азией или посетить одну из стран этого региона – и станет понятно, чем там питаются люди. От Индии до Индонезии на многие километры тянутся рисовые поля, раскинувшиеся в долинах и поднимающиеся по склонам-террасам. Так, в Камбодже рисом засеяно более 90 % всех сельхозугодий. Этот злак – основная пища почти для половины человечества. Более 30 % калорий, потребляемых в Азии, берутся из риса, а в некоторых странах, таких как Бангладеш, Вьетнам, Камбоджа, на рис приходится 60 % суточного питания.