Рис. 2.4
Десятилетние циклы колебания численности рыси и кролика на севере Канады. Элтон изучил архивы компании Hudson Bay, определив таким образом, что всплески и спады численности рыси и кролика повторяются с десятилетней периодичностью
Из Elton, 1924
Одним словом, циклы показывали, что численность животных зависит от многих факторов. Элтон изложил эти "Периодические флуктуации численности животных" в своей 45-страничной работе 1924 г. Он еще не знал, что тем самым закладывает краеугольный камень новой науки – экологии. Далее молодой естествоиспытатель стал строить ее фундамент.
Что наша жизнь?! – еда
В 1926 г. Джулиан Хаксли, бывший научный руководитель Элтона, подготовил серию коротких книг по биологии. Он стремился, чтобы все эти книги были написаны ведущими учеными и каждый рассказал бы о новых или формирующихся принципах. Хотя Элтону было всего 26, Хаксли высоко ценил его богатый опыт арктических исследований (на тот момент – уже три экспедиции) и восхищался оригинальностью мысли, свойственной его работам. Хаксли предложил Элтону написать короткую книгу об экологии животных, и Элтон согласился.
Элтон с головой ушел в эту работу. Он работал как проклятый почти каждую ночь с десяти вечера до часу ночи у себя в квартире близ музея Оксфордского университета и написал книгу менее чем за три месяца! Несмотря на бешеный темп подготовки, получившаяся работа "Экология животных" стала классической как в стилистическом, так и в содержательном плане. Эта 200-страничная книга написана увлекательно и живо, полна удачных аналогий. Ее главы логически выстроены вокруг ключевых идей, позволяющих читателю познакомиться с, так сказать, повесткой новой экологической науки, а также с теми ее аспектами, которые Элтон считал наиболее важными.
Элтон объяснял, что "одну из основных тем книги можно охарактеризовать как социологию и экономику животных". Он намеренно проводил аналогию с реалиями человеческого общества – экономикой и социологией. "Очевидно, что животные образуют сложное сообщество, не менее сложное и интересное, чем человеческое", которое "подчиняется экономическим законам", – писал Элтон. Эта аналогия имела глубокие корни в биологии. Концепцию "экономики природы" в XVIII в. разделял великий естествоиспытатель Карл Линней, а в XIX в. – Дарвин. Ее смысл заключался в том, что сообщества животных, как и человеческий социум, состоят из взаимодействующих существ, каждое из которых обладает своим местом и ролью.
"На первый взгляд попытка отыскать какие-либо общие принципы сообществ животных может показаться безнадежной, – писал Элтон. – Но внимательное изучение простых сообществ… (которым он и занимался в Арктике) демонстрирует, что действительно существуют некоторые принципы, позволяющие анализировать сообщество животных по частям, и в свете этих принципов мнимая сложность исчезает".
В основе упомянутых принципов лежала важнейшая роль, которую Элтон уделял пище и пищевым цепям. Он считал пищу "валютой" в экономике животных. "Основным движущим стимулом для всех животных является необходимость найти подходящую пищу в достаточном количестве. Пропитание – животрепещущий вопрос в сообществе животных, вся структура и деятельность этого сообщества зависят от проблемы пропитания", – утверждал ученый.
Все принципы, следовавшие из этой базовой посылки, Элтон сформулировал в виде очаровательных и удачно подобранных китайских пословиц:
Пищевые цепи
Большая рыба ест малую; малая ест водяных жучков; водяные жучки едят водоросли и ил.
Пищевые цепи образуют "экономические" связи между различными членами сообщества. Цепи животных связаны пищей, и все животные в конечном итоге зависят от растений. В схеме Элтона травоядные были "базовым классом в обществе животных", выше располагался класс хищников, еще выше – класс более крупных хищников, питавшихся хищниками первого порядка, и т. д. вплоть до животного, "не имеющего естественных врагов", на котором заканчивается пищевая цепь.
По Элтону, структура таких пищевых цепей связана с размерами существ, находящихся на разных уровнях.
Размеры пищи
Большая птаха не склюет мелкого зернышка.
Элтон доказывал, что размер – основной определяющий фактор в структуре пищевой цепи. Если съестное слишком крупное, чтобы его переварить, либо слишком мелкое, чтобы животное могло им насытиться, такая еда исключается из рациона: "Размер добычи хищников ограничен в восходящем направлении силой хищника и его охотничьим потенциалом, а в нисходящем – возможностью наловить мелкую добычу в достаточном количестве, чтобы ею можно было прокормиться".
В свою очередь, эти параметры, связанные с размерами, важным образом сказываются на численности различных видов животных в популяциях и в пищевых цепях.
Пирамида чисел
Два тигра не укроются под одним холмом.
Элтон отмечал, что животные, находящиеся в основании пищевой цепи, обычно многочисленны, а те, что ее завершают, – например, тигры – встречаются относительно редко. Как правило, между двумя этими крайностями прослеживается устойчивое снижение численности животных. Элтон назвал эту закономерность "пирамидой чисел".
В качестве примера он приводил английскую дубраву, где можно найти "огромное количество растительноядных насекомых, например тлей, множество пауков и плотоядных наземных жуков, значительное количество мелких певчих птиц и всего одного-двух ястребов". Другой пример, который он лично задокументировал, – арктическая фауна, где обитает огромное количество рачков, которыми питается рыба, рыбу едят тюлени, а тюленей – сравнительно немногочисленные белые медведи. Элтон утверждал, что такие пирамиды существуют в сообществах животных по всему миру.
"Пирамиды чисел" предполагают, что в нормальных условиях в любом регионе численность животных остается сбалансированной. В таком случае возникает фундаментальный вопрос о том, каким образом поддерживается такая плотность: как животные регулируют собственную численность и избегают, с одной стороны, перенаселения, а с другой – вымирания? Элтон полагал, что в целом пределы роста популяции устанавливаются хищниками, патогенами, паразитами и доступностью пищи. Вымирания не происходит, объяснял он: если добычи становится мало, хищники переключаются на другую пищу, позволяя популяции восстановиться.
В свою очередь, нарисованная Элтоном картина регуляции количества животных сближается с кенноновской идеей о гомеостазе – показатели остаются в определенных диапазонах под действием факторов, уравновешивающих друг друга. Элтон не использовал этого термина, Кеннон пока его не популяризовал, но позже это сделали другие экологи.
Элтон считал, что регуляция численности животных – показатель не просто фундаментальный, но и важный с практической точки зрения, поэтому посвятил этой теме почти четверть своей книги. Но он признавался, что "приходилось выражаться общими фразами, так как в настоящее время столь мало известно о законах, регулирующих численность животных".
Действительно, книга Элтона побудила экологов выявлять эти законы регуляции численности животных, подобно тому как работы Кеннона сподвигли психологов искать закономерности, управляющие работой организма у человека и других животных.
Именно об этом мы и поговорим далее.
Но прежде следует упомянуть еще об одном моменте, связанном с публикацией книги Элтона: она породила миф о самоубийстве леммингов. Согласно элтоновскому прочтению книги Коллетта, лемминговый год наступает, когда "целое множество леммингов словно сходит с ума и спускается с гор". Он писал в своей "Экологии животных": "Лемминги бегут в основном по ночам, они могут преодолеть более сотни миль по суше, прежде чем достигнут моря, а потом просто прыгают в воду и плывут, пока не погибнут". Однако это описание было основано на байках из книги Коллетта. Элтон никогда не видел ни лемминга, ни их миграции, ни тем более массового самоубийства.
Миф о самоубийстве леммингов еще сильнее закрепился после 1958 г., когда вышел диснеевский фильм "Белая пустошь", в котором рассказывалось о леммингах, бегущих к своей смерти. Рассказчик за кадром говорил: "Каждым крошечным грызуном овладевает своеобразное непреодолимое влечение, и он в безумии несется вперед". Зрители видели, как лемминги прыгают в воду с высокой скалы. На самом деле, эта сцена была постановочной: леммингов сбрасывали сами киношники.
Фильм был отмечен "Оскаром".
02
Логика жизни
Все, что подтверждается для E. coli, должно подтверждаться и для слона.
Жак Моно и Франсуа Жакоб
Элтон описал, какую огромную важность имеет регуляция численности животных как в природе, так и для прикладных дисциплин, а Кеннон объяснил, почему физиологическая регуляция критически важна для здоровья животных и человека. Однако, по их собственному признанию, ни то ни другое не позволяло детально судить о количестве тех веществ, уровень содержания которых регулируется в экосистемах или организме.
Проблемы расшифровки законов регуляции для экологов и физиологов были в некоторой степени разными. Элтон и его коллеги обычно могли наблюдать "игроков" невооруженным глазом – речь шла о животных и растениях в конкретном месте. Но экологи не могли докопаться до правил своей игры, так как экология – в основном наблюдательная и описательная, а не экспериментальная наука.