11102 (Как выжить, не будучи сильнейшим?)

Реферат

«Как выжить, не будучи сильнейшим?»

При ближайшем рассмотрении тезис «выживает сильнейший» скрывает в себе целый ряд очень глубоких проблем. Принимая этот тезис на веру, остается только удивляться огромному разнообразию существующих на свете видов. Должно быть, все они оказались в свое время лучшими? По-видимому, придется заняться вопросом выживания более основательно.

В действительности, решив провернуть трюк с «выживанием сильнейших», Природа прибегла к множеству уловок. Во-первых, конкурентная борьба возможна лишь в том случае, когда различные конкурирующие между собой виды существуют в одном и том же окружении. Естественно, не может идти и речи ни о какой конкурентной борьбе между сухопутными животными, проживающими на разных материках и разделенными океаном. Так, скажем, в Австралии развился совершенно иной животный мир, чем на других континентах, — например, уникальные сумчатые, одним из представителей которых является кенгуру.

Но даже и в том случае, когда разные виды живут вблизи друг от друга, им часто удается создать свое собственное жизненное пространство. Вспомним, к примеру, о птицах, которые благодаря разнообразию форм клюва освоили различные источники питания (Рис. 1). Обустроив, таким образом, для себя собственную «экологическую нишу», птицы избежали жесткой конкурентной борьбы между видами. В этом отношении, естественно, можно сказать, что каждый из этих видов стал лучшим — в своей нише, ведь каждый обладает своими специфическими способностями, единственными и неповторимыми. Экологическая ниша — это в некотором смысле резервация, заповедник, безопасная зона, где определенный вид может беспрепятственно жить и развиваться. Наш пример, касающийся источников питания, показывает, что экологические ниши — это ни в коем случае не просто пространственное разделение, хотя оно, безусловно, ограничивает экологическую нишу вернее всего.

Рис. 1. Различие форм птичьих клювов (на примере разных порол вьюрков), свидетельствующее о высокой степени специализации. Рядом схематически показано, чем питается каждый вид.

На островах, отрезанных от внешнего мира, возникли породы вьюрков с особенными формами клюва. Породы — но не виды: эти птицы по-прежнему остаются вьюрками! Первым их описал еще Дарвин. 1. Насекомоядные вьюрки; 2-6. Вьюрки, предпочитающие питаться насекомыми, но способные добывать и растительную пищу; 7-12. Вьюрки, питающиеся преимущественно растительной пищей; 13. Растительноядные вьюрки. (По Конраду Лоренцу.)

Сосуществование, обеспечиваемое узкой специализацией, никоим образом не ограничивается рамками живой природы. Нечто подобное имеет место и в лазере: различные световые волны могут появляться одновременно и не вступать в борьбу между собой, если они получают свою энергию от разных атомов. Вопросы конкурентной борьбы играют решающую роль и в экономической жизни; к этому мы еще вернемся несколько позднее.

Интересно, что в природе существуют примеры выживания не только благодаря специализации, но также и благодаря генерализации, которая заключается в том, что некий вид принимает по возможности наиболее обширную «программу питания»; именно так поступили, к примеру, дикие кабаны.

Но наиболее интересный способ выжить в жесткой конкурентной борьбе — это, пожалуй, симбиоз. Симбиотические отношения подразумевают взаимную поддержку друг друга представителями совершенно различных видов; а порой симбиоз становится не просто подспорьем для выживания, но основой самого существования входящих в симбиотические отношения видов. Природа представляет нам целую палитру ярких примеров симбиоза: здесь и пчелы, питающиеся цветочным нектаром и при этом одновременно заботящиеся об опылении — а значит и о размножении — своих кормильцев; и птицы, залетающие в разинутые пасти крокодилов в поисках пропитания для себя — но и в то же время помогая крокодилу содержать зубы в чистоте и порядке; и муравьи, использующие тлей в качестве «молочных коров». Дерево кальвария находится под угрозой вымирания (во всяком случае так считалось до последнего времени) из-за того, что только дронты — вид птиц, исчезнувший в нынешнем столетии, а до тех пор живший на этих деревьях — в силу особенностей своего пищеварения были способны распространять их семена таким образом, чтобы они могли затем взойти. (Согласно последним сообщениям, биологи обнаружили, что заботу о выживании этого дерева могут взять на себя индюки, сумевшие «помочь» взойти семенам кальварии, которым было более ста лет.)

Однако рассмотрение частных случаев не должно помешать нам увидеть всю картину в целом. Не следует думать, что только два или три вида находятся в состоянии конкурентной борьбы или живут в симбиозе; как раз наоборот: все процессы, протекающие в природе, бесконечно тесно связаны между собой. Природа в этом смысле представляет собой синергетическую систему высочайшей сложности.

Фундаментальное значение имеет также вопрос о том, возможно ли привести отдельные взаимосвязанные природные процессы в равновесие. Много и охотно говорится об экологическом равновесии, все сильнее нарушаемом вмешательством человека в дела Природы. Современные исследования, однако, убеждают в том, что и без человеческого вмешательства экологическое или биологическое равновесие не настолько совершенно, как нам представлялось долгие годы. Причем думали мы, в общем-то, о статистическом равновесии, при котором размер популяции какого-то определенного вида, скажем, птиц, с течением времени практически не изменяется.

Однако в природе все обстоит иначе. Всем нам хорошо известно, что угрожающие равновесию изменения могут быть вызваны самыми заурядными природными катаклизмами: скажем, слишком суровой зимой, или жарким, засушливым летом, или заморозками, из-за которых погибают, например, цветы, и пчелы остаются без пищи. Некоторые ученые объясняют вымирание динозавров падением на Землю гигантского метеорита, т. е. событием, которое трагическим образом сказалось на климатических — а значит, и на жизненных — условиях этих животных. Еще один пример того, как может нарушиться равновесие в природе, — это беспрестанно повторяющиеся опустошительные нашествия грызунов или насекомых, оказывающие влияние и на другие сферы жизни. Рассмотрим это подробнее.

Даже после природных катастроф, подобных описанным, мы воспринимаем восстановление прежнего равновесия как нечто само собой разумеющееся. В дальнейшем мы увидим, что и тезис о свободном развитии рыночной экономики основан на аналогичном представлении.

Однако действительно ли Природа настолько стабильна? Существует множество примеров, доказывающих, что в природе отнюдь не царит статическое равновесие. К началу XX века рыбаками, промышлявшими на Адриатике, было установлено, что их уловы колеблются в определенном ритме. Очень скоро они обнаружили, что этот ритм основан на ритмических же колебаниях популяции рыб (Рис. 2). В двадцатые годы объяснение этого явления удалось независимо друг от друга дать двум выдающимся математикам — А. Лотке и В. Вольтерра (1860-1940). Оказалось, что оно возникает вследствие существования двух видов рыб, один из которых — хищники, а второй — их добыча. Механизм же колебаний популяций таков: сначала хищников относительно немного, и в этот период их «жертвы» могут беспрепятственно размножаться, давая тем самым своим природным врагам возможность лучше питаться, а значит, и быстрее размножаться, пока наконец численность хищников не увеличивается настолько, что их питание катастрофически сокращает размер второй популяции (рыб-жертв), что, в свою очередь, отрицательно сказывается на питании хищников и сокращает уже их численность. Затем все начинается сначала.

Рис. 2. Периодические колебания численности рыб

В рамках математической модели возможен следующий вариант развития событий: однажды хищники случайно съедят всех представителей второй популяции и тем самым обрекут себя на вымирание. Природа препятствует такому исходу, подготавливая заранее укромные убежища, где рыба-жертва может скрыться от преследований распоясавшихся хищников.

Похожий цикл был обнаружен и в Канаде: хищниками здесь выступают рыси, а жертвами — зайцы (Рис. 3). Поскольку рождаемость и смертность подвержены и разным другим влияниям, описанные нами модельные представления уязвимы для критики, и все же они убедительно показывают, что статическое равновесие природе глубоко чуждо.

Рис. 3. Периодические колебания численности популяций зайцев и рысей

Рис. 4. Временные колебания численности популяций насекомых

Еще более выразительные примеры подобного поведения можно обнаружить при исследовании популяций некоторых насекомых, чья численность колеблется совершенно хаотично (Рис. 4). В дальнейшем мы обсудим доступные на сегодняшний день математические модели, позволяющие ученым строго обрабатывать даже абсолютно нерегулярные процессы.

Приведенные примеры показывают, насколько наивна идея статического равновесия в биологических системах. С другой стороны, никогда не следует забывать о том, что реальное природное равновесие в высшей степени чувствительно, и это его свойство вновь возвращает нас к основному принципу синергетики.

В определенных критических точках даже минимальные изменения внешних условий могут вызвать серьезные изменения на макроскопическом уровне. В ходе рассмотрения приведенных примеров мы постоянно сталкивались с такого рода изменениями внешних условий, вследствие чего системы достигали более высокого уровня упорядоченности. Естественно, все эти процессы можно рассматривать и с другой стороны, в другом направлении, т. е. имея в виду то, что минимальные изменения внешних условий могут, помимо прочего, и полностью разрушить существующий в системе порядок.

Многие из процессов, протекающих внутри популяций в животном мире, могут быть описаны с привлечением математики, так что мы имеем возможность использовать для решения подобных проблем математические методы синергетики. На математическом уровне вновь обнаруживаются далеко идущие аналогии между происходящим в живой и неживой природе. Результаты можно изложить в нескольких словах. Небольшие изменения внешних условий и в живой природе могут приводить к возникновению состояния упорядоченности, полностью отличного от предыдущего состояния системы, т. е. к новому распределению различных видов. Это становится очевидным, стоит лишь рассмотреть, к примеру, распределение всевозможных растений в горах. Здесь часто имеется очень строгое разделение по высоте, определяющее границы различных растительных поясов, или зон, схожих с хорошо всем известными климатическими зонами Земли. На этом примере отчетливо видно, что в конкурентной борьбе победителями могут оказаться совершенно не похожие друг на друга растения, и оказаться практически внезапно, если, к примеру, совсем незначительно изменить среднегодовую температуру в регионе. Того же следует ожидать и при изменении условий окружающей среды в результате вмешательства человека. Скажем, если мы спустим в реку сточные воды и повысим тем самым уровень загрязнения воды, скажем, на десять процентов, то с нашей стороны будет, по меньшей мере, наивно ожидать, что и численность обитающих в такой воде рыб сократится на те же десять процентов. В действительности же при приближении к критическим значениям достаточно минимального повышения уровня загрязненности, чтобы это изменение привело к полному вымиранию той или иной популяции или, другими словами, к разрушению равновесия, существовавшего в водной системе до этого. Здесь основной принцип синергетики, уже в который раз упоминаемый на этих страницах, проявляется особенно ярко: в определенных точках неустойчивого равновесия даже малейшие изменения внешних условий могут иметь для системы самые трагические последствия.

В последние годы стало ясно, насколько актуальными оказались наблюдения, сделанные мной еще в первом издании этой книги. В этой связи следует еще упомянуть об озоновой дыре и климатической катастрофе. В первом случае относительно небольшие количества определенных газов (хлорфторуглеводороды, CFC) приводят к разрастанию озоновой дыры, вследствие чего уже сейчас в южном полушарии — приблизительно в районе Австралии — уровень проникающего сквозь атмосферу излучения становится угрожающе высок. Когда говорят о климатической катастрофе, имеется в виду прежде всего распространившийся на всю планету эффект глобального потепления, вызванный, в частности, выбросами в атмосферу больших количеств углекислого газа. Однако, на мой взгляд, остается открытым вопрос о том, достиг ли уже климат благодаря произведенному человечеством воздействию («антропогенный эффект») критической — именно в синергетическом смысле этого слова — точки или же биосфера еще в состоянии поддерживать существующие контрольные механизмы для стабилизации климата. Земле, в конце концов, довольно долго (сотни миллионов лет) удавалось сохранять благоприятные для жизни условия в очень узких рамках. Сказанное мною ни в коем случае не означает, что мы можем легкомысленно относиться к загазованности атмосферы и т.п., однако следует остерегаться поспешных и сеющих панику выводов.