Человек, который выбрасывал звезды
Научно-развлекательный журнал «Батрахоспермум» в своем сентябрьском номере рассказывает о выдающемся экологе Роберте Пейне, который вместе со своими учителями и учениками разработал важнейшие экологические концепции XX века, используемые сегодня учеными во всем мире, а недавно представил и новую концепцию, актуальную уже для экологии века XXI-го. Фрагментами нового номера журнал поделился с N+1.
В
мае 1963 года 30-летний Роберт Пейн,
новоиспеченный ассистент-профессор
зоологии в Вашингтонском университете
в Сиэтле (США), прогуливался со студентами
по тихоокеанскому побережью полуострова
Олимпик на северо-западе штата Вашингтон,
как вдруг увидел место, которое очень
долго искал. Это была не потревоженная
людским присутствием бухта Мака на
территории резервации индейцев мака,
здесь из воды выступали скальные
обнажения, и среди них цвела жизнь. В
водоемах приливной зоны ютились зеленые
актинии, пурпурные морские ежи, красные
морские звезды, а также губки,
моллюски-блюдечки и розовые водоросли.
Отлив обнажал ватаги усоногих ракообразных
— мелких морских желудей и крупных
морских уточек, ковры из черных мидий
и очень большие оранжевые и фиолетовые
морские звезды Pisaster
ochraceus.
Вот здесь можно было провести исследование.
В
июне он приехал сюда снова, на этот раз
с ломом-гвоздодером. Дождавшись отлива,
он стал отковыривать ломом огромных
звезд, прикладывая все усилия, на которые
было способно его двухметровое тело,
после чего швырял их как можно дальше
в воду бухты. Так начался один из самых
важных экспериментов в истории экологии.
Это
было время революций — сексуальных,
психоделических, научных. Одни вовсю
практиковали «секс, наркотики, рок-н-ролл»,
зачитывались битниками и злоупотребляли
ЛСД, другие корпели в лабораториях над
иной кислотой, ДНК, пытаясь постичь
сложные молекулярные тайны жизни. В то
же время другие биологи стали задавать
простые и на первый взгляд наивные
вопросы: «Почему мир зеленый? Почему
животные не съедают все?
Что произойдет, если убрать с пляжа
морских звезд?» Ответы на эти вопросы
привели ученых к пониманию того, что
существуют определенные экологические
законы и они в не меньшей степени, чем
законы генетические, чье открытие
изменило медицину, могут повлиять на
наше будущее благосостояние и на судьбу
наших соседей по планете...
...Вся экология до 60-х годов была наукой чисто описательной, что оставляло простор для множества альтернативных суждений и гипотез. Пейн понимал: чтобы постичь законы регуляции популяций, нужно вмешаться в природу и сломать ей шаблон. Найти место, где можно было бы убрать хищников из пищевой цепочки, и посмотреть, что произойдет. «Пни и посмотри» (kick it and see) — так этот подход позднее назовут экологи. Роберт Пейн не пинал морских звезд, не волнуйтесь, он их только швырял — во имя науки.
Раз
в месяц зимой и дважды в месяц весной,
летом и осенью ученый возвращался в
бухту и занимался метанием звезд. На
8-метровом участке прибрежной скалы он
избавлялся от всех звезд, соседний
служил в качестве контроля. На обоих
Пейн подсчитывал численность и плотность
популяций 15 видов животных, наблюдал
за тем, кто кого ест. Как выяснилось,
самой многочисленной пищей морских
звезд
Pisaster
ochraceus
были морские желуди,
однако наиболее
важным источником калорий являлись
моллюски — мидии и хитоны.
Уже
в сентябре, спустя три месяца с начала
эксперимента, стали заметны изменения
в приливном сообществе: морские желуди
заняли до 80 процентов пространства. Однако уже к
июню 1964-го, на годовщину, их вытеснили
быстрорастущие морские уточки и мидии.
Кроме того, значительно сократилась
численность четырех видов водорослей,
а два вида морских блюдечек и два вида
хитонов и вовсе исчезли. Актинии и губки
тоже поредели, хотя они и не связаны с
их пищевой цепочкой. Зато популяция
хищной улитки Thais
emarginata
выросла в 10–20 раз. Итого с уходом хищных
морских звезд биоразнообразие снизилось
с 15 до 8 видов.
Результат
этого простого эксперимента удивителен:
хищник, как оказалось, влияет не только
на свою непосредственную еду, но и на
животных и растений, которых в пищу не
употребляет. Пейн еще пять лет выбрасывал
звезд с берега — за это время мидии
заняли почти всю доступную территорию,
вытеснив всех остальных. Похоже, что
роль хищных звезд в приливной экосистеме
сводилась к тому, чтобы держать в узде
мидий — чемпионов бухты по отжатию
пространства для жизни.
Позже
индейцы разрешили ученому повторить
эксперимент на располагающемся неподалеку
необитаемом острове Татуш — там мидии
также пустились в вольницу в отсутствие
хищной звезды. На пляже близ Окленда в
Новой Зеландии эколог исследовал еще
одно приливное сообщество, где хищничала
дородная морская звезда Stichaster
australis:
там мидии вытеснили всех уже через 15
месяцев. Все эти результаты служили
мощным аргументом в пользу гипотезы
Хейрстона, Слободкина и Смита о роли
хищников в регуляции популяций.
Для
приливных зон штата Вашингтон и Новой
Зеландии морские звезды Pisaster
ochraceus
и
Stichaster
australis
являются краеугольными
(keystone),
или ключевыми
видами. Концепция и термин были впервые
представлены Пейном в статье
1969 года в журнале American
Naturalist.
Как замковый камень в вершине свода
необходим для стабильности всей арки,
так и ключевой вид на вершине пищевой
пирамиды важен для стабильности и
разнообразия экосистемы. Большинство
из видов слабо связаны друг с другом,
их исчезновение может пройти незамеченным,
но изъятие некоторых видов-примадонн
с сильными связями может привести к
превращению экосистемы в нечто иное и
неузнаваемое.
О
том, почему все-таки мир зеленый, о
трофических каскадах и новейшей концепции
гиперключевых видов читайте в полной
версии статьи из
сентябрьского номера журнала
«Батрахоспермум».