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».