Биоразнообразие в порядке вещей

 

В последние годы ученые тратят немало усилий на изучение биоразнообразия Земли, общего разнообразия жизни. Часто люди говорят о биоразнообразии с точки зрения экологии и охраны природы, однако вопрос стоит гораздо шире. Биоразнообразие можно измерить. Оно является мерилом эволюции. Это главный показатель популяций всех видов, которые существуют на сегодняшний день, и всех тех, кто исчез в результате вымирания.

Взглянув на окаменелости, мы можем увидеть, что с момента зарождения жизни расцвет биоразнообразия начался примерно 3,5 млрд лет назад: Древо жизни постепенно становилось все более ветвистым. Если действительно все мы – потомки одного общего предка, то этого следовало ожидать. С появлением каждого нового поколения есть шанс возникновения мутаций, которые могут оказаться полезными для потомства. Если мутация выгодна организму и организм со своими генами выживает достаточно успешно для дальнейшего размножения, эти гены передаются следующему поколению. Если день за днем это вновь и вновь происходит по всей Земле, в конечном итоге это приведет к появлению все новых и новых видов, рассредоточенных по планете.

Подтверждение такой тенденции не было намечено заранее. Если мир и все виды животных и растений были созданы в один момент некоей сверхъестественной силой или явлением, то, копаясь в земной коре, мы не могли ожидать ничего, кроме окаменелостей уже знакомых нам, существующих в настоящий момент видов. Ведь если в истории Земли были некие этапы, о которых говорит Библия, то мы бы находили огромное количество окаменелых останков вымерших видов в более низких слоях скальных образований, после них следовал бы пустой слой переходного периода (соответствующий изгнанию из Эдема или, возможно, Всемирному потопу), а затем, в более поздних слоях, нам попадались бы только современные виды живых организмов. Однако это даже отдаленно не напоминает то, что мы наблюдаем сегодня.

Никакого разделения допотопных и послепотопных слоев не наблюдается. То, что мы видим вместо этого, – единый массив, демонстрирующий нам тенденцию к постепенному увеличению биоразнообразия. Это именно то, что предсказывает дарвиновская эволюция. Каждое новое поколение, несущее в себе новые возможности небольших изменений, приводит к постепенному распространению «пригодных» признаков, которые помогают видам конкурировать. Распространение в относительно незаселенных местах обитания и изоляция небольших популяций стимулируют появление новых видов. Чем больше различных видов живых существ появляется на свет, тем больше различных экосистем и энергетических ресурсов может быть использовано. Насколько мы можем судить, замедлять естественный рост биоразнообразия могут катастрофы, такие как столкновение с астероидом, немассовые вымирания, например вследствие обширных оползней, ну и, конечно, мы. Люди, по‑видимому, до сих пор являются причиной массовых вымираний.

Конечно, доказательства не безупречны. Анализируя окаменелости, найденные по всему миру, мы понимаем, что наши находки составляют ничтожный процент по сравнению с ненайденными свидетельствами. Ведь, если окаменелому захоронению группы организмов целых три миллиарда лет, шансы на обнаружение таких захоронений невелики. Не каждое захоронение переживет такое длительное путешествие во времени. Тектонические плиты постоянно смещаются и передвигаются. Земли затапливаются и обмелевают, и так по нескольку раз. Чем дольше окаменелые останки находятся в земле, тем больше у них шансов на повреждение, разрушение или исчезновения. Но тем не менее, даже принимая во внимание это обстоятельство, мы считаем, что более поздние окаменелости демонстрируют большее биоразнообразие.

Во главе этого разнообразия стоит энергия. В преподавании предметов естественно‑научного цикла мы обычно говорим, что энергия – это то, что заставляет объекты двигаться, бежать, а события – случаться. Та к же и с живыми системами. Они (и мы, конечно) нуждаются в энергии, чтобы жить, двигаться, расти и размножаться. Если мы спросим себя: «Какая энергия более всего доступна для живых существ?», то остановимся, по крайней мере, на двух источниках. Первый – это солнечный свет. Второй – внутренняя энергия Земли. То же, вероятно, справедливо и для жизни в других мирах (если она существует), и позже мы поговорим об этом.

Неважно, кто вы – зеленое растение или кто‑то, кто питается зелеными растениями, а может быть, вы тот, кто ест тех, кто питается зелеными растениями, – в любом случае, максимальное количество солнечного света вы найдете в районе экватора. И потому неудивительно, что в тропическом лесу и возле тропических коралловых рифов живых организмов гораздо больше, чем на бескрайних ледяных просторах Арктики и Антарктики, ну, если не брать в расчет человеческие полярные станции, конечно. Наряду с огромной численностью живых существ, в районах вблизи экватора наблюдается гораздо большее разнообразие видов по сравнению с северной и южной околополюсными областями.

Кроме того, существует определенная градация разнообразия. В амазонских тропических лесах разнообразие живых организмов на квадратный метр или гектар больше, чем в тропических лесах Белиза или Гватемалы. Зато в них, в свою очередь, палитра разнообразия шире, чем в бореальных лесах Северной Канады. На острове Северный Новой Зеландии, расположенном ближе к экватору, разнообразие чуть больше, чем на острове Южном, находящемся ближе к Южному полюсу. Конечно, есть и другие местные факторы, в частности, ливни, но в целом такая тенденция все же сохраняется. В принципе, вы можете и сами обнаружить доказательства этого явления: если вы живете в США, сравните заросли на заболоченных территориях Луизианы с растительностью в верховьях реки Миссисипи в штате Миннесота.

Районы Земли, где количество потребляемой энергии больше, также демонстрируют большее биоразнообразие. Такая тенденция к уменьшению биоразнообразия по мере удаления от экватора является еще одним свидетельством эволюции. Эти экосистемы существовали в течение долгих, долгих лет, и чем дольше экосистема функционирует, тем больше организмов в ней появляется. Наращивая численность, они несут в себе больше мутаций и больше вариаций. Изменения в каждом новом поколении на протяжении долгих лет в конечном итоге приводят к формированию биологически разнообразной экосистемы.

Внутренняя энергия Земли может проявлять себя по‑разному в отношении рассчитывающих на нее организмов. Ядерный распад природных радиоактивных элементов, таких как уран и торий, поддерживает ядро планеты в расплавленном состоянии. Мы можем почувствовать эту энергию, когда тепло подбирается слишком близко к поверхности земли. Она приводит в действие гейзеры, гидротермальные биотопы, вулканы и вызывает землетрясения. Однако за последние несколько десятилетий ученые обнаружили, что эта энергия также питает целые экосистемы на дне океана – доселе неизвестные области биологического разнообразия.

Глубины океана – холодного, недружелюбного, сокрушительного – исследовать очень трудно. Любое оборудование, направленное к его глубинам, должно выдерживать эти суровые условия. На глубине царит кромешный мрак. Свет огней глубоководных подводных лодок или подводных аппаратов поглощается, и освещенными оказываются всего несколько метров пути, поэтому изображения, которые мы получаем оттуда, охватывают площадь, не превышающую размера большой гостиной. Как правило, исследуя дно океана, мы наталкиваемся на довольно редкие признаки жизни но только не когда речь идет о геотермальных биотопах – глубоководных океанических отверстиях. В этих необычных местах в кромешной тьме вовсю процветают экосистемы, питающиеся геотермальной энергией. Здесь можно встретить огромных красноголовых кольчатых червей, необычных рыб, крабов‑альбиносов и моллюсков размером с футбольный мяч – эдакий стейк, пахнущий болотом.

Организмы, обитающие в районе этих глубоководных «оазисов», отличаются от тех, что живут у поверхности. Их метаболизм основан на химическом взаимодействии с горячей, богатой морскими питательными веществами водой. Мы называем этот процесс хемосинтезом, по аналогии с фотосинтезом, наблюдаемым у зеленых растений. Глубоководным моллюскам необходимо тепло и сероводород (ядовитый для нас с вами), в то время как моллюски, обитающие ближе к поверхности воды, зависят от фотосинтеза планктона, который они прокачивают через свою систему пищеварения. Несмотря на то что глубоководные геотермальные экосистемы представляют собой нечто удивительное и невообразимое, они обнаруживают гораздо меньшее разнообразие, чем экосистемы, получающие прямой солнечный свет. Среди обитающих в этих глубоководных экосистемах организмов удалось выявить около 1300 различных видов. В тропических лесах Амазонки на территории в один квадратный километр мы можем встретить до 40 тысяч видов насекомых, и это только насекомые! А теперь прибавьте к этому деревья, обезьян, пауков и змей, и разнообразие дождевого леса окажется в тысячу раз богаче. С чего бы это?

По сути, количество доступной энергии на дне океана заметно ограничено. Температура воды в некоторых из этих гидротермальных «оазисов» достигает 400°С, но таких участков не так уж много, и все они расположены на достаточно ограниченной территории – известно лишь несколько сотен локаций вдоль активного вулканического разлома на дне океана (вода на такой глубине не кипит, потому что не может образовывать пузырьки пара из‑за огромного давления океана). Солнечная энергия, напротив, достает до каждой точки планеты, а ее интенсивность достигает мощности в 1000 Вт на квадратный метр.

Это отступление об океанических «оазисах» я сделал для того, чтобы наглядно продемонстрировать, как работает эволюция. Меньшее разнообразие на каждый метр темного океанического дна по сравнению с ярко освещенным лесом – это именно то, чего и следовало ожидать. На поверхности Земли энергии для обеспечения живых организмов гораздо больше. Организмы размножаются быстрее, и в конечном итоге мы получаем большее разнообразие. В глубинах холодного океана жизнь бьет ключом лишь там, где для поддержания системы достаточно энергии. Здесь просто не хватает энергии для того, чтобы запустить программу наращивания биоразнообразия.

В 1990‑е годы для шоу «Билл Най – научный парень» мы сняли целый эпизод, посвященный биоразнообразию (выпуск 9). В то время мы были уверены, что самые богатые в плане разнообразия экосистемы находятся не в реках и не в коралловых рифах на морском мелководье, а где‑то между – в устьях рек, там, где река встречается с морем. Позже появилось предположение, что самой богатой с точки зрения разнообразия экосистемой можно считать экваториальные тропические леса. Как бы то ни было, наибольшее разнообразие можно наблюдать там, где есть много пресной воды.

Если смотреть на Землю из космоса, океан покажется самым большим пятном на планете. Логично предположить, что и разнообразие в нем будет самое большое. К тому же раз уж мы, как и большинство живых существ, в значительной степени состоим из воды, можно подумать, будто жизнь зародилась в океане и вполне ожидаемо, что жизнь в нем должна была продолжать эволюционировать, а значит, пополняться новыми видами. Мы могли бы прийти к заключению, что любое место в океане, куда попадает солнечный свет и где достаточно глубоководных питательных веществ, будет обнаруживать огромное многообразие видов. Однако, как правило, самые богатые с точки зрения разнообразия экосистемы находятся не в океане.

Коралловые рифы, без сомнения, таят в себе огромное разнообразие жизни. Я не раз наслаждался дайвингом в северо‑западной части Тихого океана, в районе коралловых рифов на Гавайях, и у калифорнийского побережья и могу заверить, что вы и за час не назовете столько видов, сколько обитает в этих местах. Еще я часто думаю о незаметных глазу видах – бактериях, вирусах, прозрачных книдариях (больше известных как медуза) и похожих на камни губках. Ведь всего за пару погружений перед вами пройдут тысячи и тысячи видов этих организмов.

Точно так же, исследуя дождевые леса вдоль реки Сибун в Белизе, реки Виринаки в Новой Зеландии и реки Хох в Соединенных Штатах, я просто не мог поверить, что все это происходит со мной. В каждом из этих мест буквально кожей ощущаешь бесчисленное множество видов, которые вьются, роятся, охотятся и спасаются от хищников прямо перед вашим носом. И если бы мне сказали, что именно здесь скрывается самое богатое биологическое разнообразие на Земле, я бы поверил.

По своему опыту вы наверняка знаете, что пить соленую воду нельзя. Иначе вы просто заболеете. Скорее всего, вы также понимаете, что, за исключением некоторых замечательных видов, нельзя перемещать морскую рыбу в пресную воду и наоборот. Рыба погибнет. Вероятно, в школе вы проводили классический опыт, изучающий явление, которое химики называют осмосом. Если вы выдержите два сырых яйца в уксусе, таким образом растворив их скорлупу, а затем поместите одно яйцо в дистиллированную воду, а другое – в соленую, вы сможете пронаблюдать, как в соленой среде молекулы воды будут медленно проходить сквозь мембрану, оставляя молекулы соли снаружи. В результате яйцо в дистиллированной воде увеличится в размерах, а то, что в соленой, – уменьшится. Подобные мембранные процессы, казалось бы, разделяют два типа экосистем: речные и морские. Обе они в значительной степени остаются самостоятельными, за исключением областей в устьях рек.

Здесь, в местах, где реки впадают в море, происходит смешение пресноводного биоразнообразия с океаническим. Не стараясь вытеснить конкурента, обе системы начинают сотрудничать. Скорее всего, причина этого в том, что экосистемы с большим разнообразием видов могут приспосабливаться к происходящим изменениям окружающей среды. Это еще одна эволюционная идея, доступная для проверки опытом, и ученые определили, что она правдива – что разные экосистемы становятся вместе более надежными.

Устойчивость экосистемы можно оценить путем измерения количества и массы всех живых существ до и после серьезной перемены в условиях окружающей среды. Если наступила засуха или выпало необычное количество осадков, или случились резкие перепады температуры, от заморозков до палящего зноя, то чем большим разнообразием обладает система, тем лучше ее видам удается выживать и размножаться. Это гипотеза. Есть, по крайней мере, два способа ее проверить. Мы можем анализировать живые системы, в которых биоразнообразие сокращалось, и те, в которых увеличилось, либо же мы можем проводить наблюдения за экосистемами в оба этих момента. В любом случае эта теория выдерживает проверку. Большее разнообразие обеспечивает большую надежность экосистемы. Это объясняет, почему устья рек демонстрируют настолько богатое разнообразие. И в пресноводной, и в морской экосистемах уже достаточно всевозможных видов. Прочная паутина жизни помогает морским организмам приспособиться к пресной воде, а пресноводным – к соленой. Разнообразие порождает еще большее разнообразие.

Альтернативный вариант также кажется весьма правдоподобным: места с наименьшим разнообразием имеют больший риск потерь. К сожалению, отыскать районы, в которых биоразнообразие сократилось, не составляет никакого труда. Люди достаточно напортачили во всех уголках мира, так что такого понятия, как нетронутая природа, на данный момент практически не существует. Я долгие годы занимался покорением гор Тихоокеанского северо‑запада и отлично помню момент, как, взобравшись на вершину горы Сент‑Хеленс и обернувшись к северу, дабы полюбоваться великолепным видом горы Ренье, заметил облако настоящего смога. Необязательно разбираться в подробностях загрязнения воздуха, чтобы понять, что этот смог идет туда от наших любимых городов Сиэтл и Портленд. Разумеется, смог пагубно отражается на популяции воздушных насекомых. Смог сокращает их численность. В свою очередь, количество растений, обитающих в вулканических почвах, также немного снижается, поскольку уменьшается количество азота, образующегося от останков насекомых и помогающего растениям укорениться. Вид с горы, конечно, по‑прежнему великолепен, только вот само место уже нельзя назвать нетронутым.

Если вы действительно хотите пощекотать себе нервы, отправляйтесь на ферму, практикующую откорм скота по замкнутому циклу (Confident Animal Feeding Operation – CAFO). Вот это да. Домашний скот держат в ограниченном пространстве на специальной диете, позволяющей им очень быстро откармливаться. Их копыта вытаптывают все пастбищные площади. Их экскременты растекаются во все стороны, отравляя все вокруг. Ну и конечно, скот от души пичкают антибиотиками для подавления заболеваний, которые могут легко передаваться от одного животного к другому, что в свою очередь может привести к быстрой эволюции возбудителей этих заболеваний, тем самым делая те же антибиотики неэффективными. Вот так и получается. Пока мы едим мясо, мы производим новые штаммы болезней и уничтожаем водоемы. Уверен, что, осознавая этот процесс, мы можем все исправить. Очень на это надеюсь.

В современных крупномасштабных фермерских хозяйствах мы видим тысячи гектаров или акров, заселенных одной культурой. В то время как эти «монокультуры» облегчают фермерам и сельскохозяйственным комбайнам уборку урожая, они также делают культуру более восприимчивой к вредителям или паразитам. Будь вы кукурузным мотыльком, вам не пришлось бы летать туда‑сюда в поисках пищи – вы могли бы преспокойно оставаться на месте и целыми днями поедать стебли и початки, занимающие многие тысячи акров. Это актуально как для ферм, организованных человеком, так и для дикой природы. Монокультура действительно весьма уязвима.

Часто лесные экосистемы – особенно леса умеренного пояса – выглядят однородными. Например, западная Канада с воздуха кажется бескрайним еловым покрывалом. Однако есть важное и достаточно заметное отличие обширных естественных лесополос от лесопосадок, организованных человеком, – это возраст. В естественных насаждениях присутствуют деревья всех возрастов: высокие старые и низкие молодые. Так вот старые упавшие деревья обеспечивают запас питательных веществ для следующего поколения. Лесной покров таит в себе целые миры микробов, которые поддерживают жизнедеятельность корневых систем растущих и фотосинтезирующих деревьев. В этом, казалось бы, единообразном вечнозеленом лесу на самом деле присутствует огромное, невидимое глазу, биоразнообразие.

Весной на северо‑западном побережье Тихого океана пыльца клубится, словно густой желтый туман. Даже если вы не страдаете аллергией, вы все равно сможете ощутить пыльцу в своих носовых проходах. Монокультура проявляется в видах, а не в возрасте или степени гниения. Нередко, путешествуя по зарослям высокогорных озер, можно встретить молодые деревца, растущие прямо из пня упавшего или срубленного старого дерева. Традиционно такие пни называются «кормильцами», поскольку они кормят свое потомство. Главное, чтобы эти «пни‑кормильцы» не превращались в «пней‑убийц», ведь столько народу гибнет при распилке огромных деревьев.

Ученые проводили занимательные эксперименты, показывающие влияние биоразнообразия. На одном участке исследователи высаживали исключительно монокультурные травы, а на другом – разнотравье, представленное десятками видов. В течение первых нескольких лет монокультурные посадки демонстрировали большой рост. Видимо, монокультурные посадки образовывали больше растительной массы, так называемой биомассы, по сравнению с областями разнотравья. Однако по прошествии примерно десяти лет разнотравное поле оказалось более успешным, произведя больший объем биомассы и более здоровые растения – а значит, и более здоровых животных, поедающих эту траву, – по сравнению с монокультурными плантациями.

Судя по всему, это связано с тем, что разнообразие приводит к улучшенной способности экосистемы приспосабливаться к изменениям в таких вещах, как погода, климат или появление некоторых новых видов. Рассмотрим это на упрощенном примере. Предположим, что у нас есть два луга – монокультурный и разнотравный. На разнотравном лугу различные виды трав и цветов производят пыльцу в разное время года, новые семена и пыльца появляются здесь с разрывом в несколько недель или даже дней. Опылителям, таким как летучие мыши, птицы и пчелы, здесь всегда есть чем заняться. В любой момент воспроизводственного цикла они будут где‑то поблизости. При этом монокультурный луг, где вся пыльца появляется одновременно, будет испытывать дефицит опылителей. Популяции летучих мышей, пчел и птиц просто не смогут прокормить себя в перерывы между этапами производства нектара и пыльцы. В результате пострадают и травы, и птицы с пчелами и летучими мышами. Без разнообразия каждый из видов становится менее успешным. Разнообразие обеспечивает устойчивость.

Каждый день вы можете наблюдать влияние человека на окружающую среду. Мы отравляем территории: вдоль наших дорог – горы мусора, вонь от свалок и углекислота загрязняют воздух, коралловые рифы вымирают, огромные районы Китая и Африки (уже заметные на спутниковых изображениях) подвергаются опустыниванию, а в Тихом океане дрейфует немыслимое количество отходов из пластика. Все это – прямые доказательства нашего воздействия на мир. Каждый день мы уничтожаем один вид живых организмов. Считается, что из‑за людей вымирание видов происходит в тысячу раз быстрее, чем это случилось бы в естественных условиях.

Многие наивно (а некоторые, может быть, и с умыслом) утверждают, что исчезновение видов не играет особой роли. Ведь, судя по палеонтологической летописи, около 99 % всех видов живых существ, которые когда‑либо жили на планете, исчезло навсегда, но при этом сегодня у нас все в порядке. Что страшного в том, что мы, будучи частью экосистемы, уничтожаем множество видов живых существ? Мы просто избавляемся от того, что нам не нужно или для нас необязательно.

Основная проблема здесь заключается в том, что, в некотором смысле, понимая, что может стать или что стало с отдельными видами, мы не можем сказать наверняка, что произойдет с экосистемой вымершего вида. Мы не можем предсказать поведение всей это сложной, взаимосвязанной системы и прогнозировать возможные изменения. Тем не менее мы можем быть абсолютно уверены, что путем сокращения или уничтожения биоразнообразия, наш мир будет в меньшей степени способен к адаптации. Наши фермы будет менее продуктивными, наша вода – менее чистой, а наша земля – менее плодородной. У нас будет меньше генетических ресурсов для разработки лекарств, развития промышленности и выращивания урожая.

Биоразнообразие – это результат процесса эволюции и в то же время это страховка, поддерживающая этот процесс. Для того чтобы наши собственные гены оказались в будущем и дали нашим потомкам возможность жить долго и счастливо, мы должны обратить эту тенденцию вспять и постараться сохранить столько биоразнообразия, сколько возможно. Если мы этого не сделаем, мы рано или поздно превратимся в окаменелости вымершего вида, пополнив собой палеонтологические летописи Земли.