5 лет назад
Нету коментариев

К тому времени, когда популяция достигла расцвета, бобры превратились в полноправных хозяев реки. Последствия их жизнедеятельности достигли новой качественной ступени, они стали мощным средопреобразую-щим фактором. Появились обширные запруды с особым миром животных и растений, целые делянки подгрызенных осин и ив, сотни домиков-хаток, тысячи метров подземных ходов.

Один из наших старейших териологов, специалистов по млекопитающим, профессор И. Барабаш-Никифоров, изучал в бассейне реки Воронеж взаимоотношения бобров с обитателями заселенных ими водоемов. Они оказались чрезвычайно сложными. Ученый посвятил им специальную, насыщенную интереснейшими фактами монографию. Вот только один пример многообразия этих связей: в бобровых катках обнаружено более десяти видов пресмыкающихся, около 25 родов и видов насекомых и клещей.

Сожители превращали иногда хатки в настоящие крепости. Помню, как приходилось несколько раз спасаться от огромных шершней, устроивших свои гнезда в домиках бобров. А бригада ловцов так и махнула однажды рукой на шесть бобров, обитающих в хатке, буквально нашпигованной гадюками. При попытках поймать зверей — а для этого требовалось проникнуть внутрь жилищ — большие иссиня-черные змеи возникали в проломах, шевеля «жалами».

Словом, появление бобров и результаты их жизнедеятельности вызывают целые «революции» в укромном мире речных пойм и болот. Хорошо это или плохо? Как оценить в целом последствия пребывания бобров или других животных в том или ином уголке природы?

Любая общность животных и растений одного вида — мы знаем теперь, что это популяция, — неразрывно связана со множеством других общностей, других популяций. Более того, она является составной частью этой природной совокупности, членом большого и разнородного семейства, в котором все зависят друг от друга. Мы рассуждали о популяциях так, как будто бы природа рассадила их по отдельным полочкам и снабдила этикетками. На самом же деле, где и когда можно встретить популяции животных и сообщества растений в «чистом виде»?

Стая птиц одного вида, совершая сезонный перелет, на некоторое время как будто бы освобождается от контактов с другими организмами. Но ведь когда она опускается на сушу или на воду, «изоляция» прекращается. Сельди, собравшиеся в огромный косяк, ищут себе корм — на них нападают хищники. Все это взаимодействие с другими организмами, с биотическими факторами среды.

Не надо также забывать, что и перелетные птицы, и плывущие рыбы непрерывно подвергаются воздействию «неживой среды» — температуры, влажности, давления, ветра, течения и т. д. — и сами оказывают влияние на нее. Но если даже мы вынесем за скобки абиотические факторы, то нам не удастся избавить наших путешественников от их постоянных сожителей.

Известный английский писатель-сатирик Д. Свифт писал:
Под микроскопом он открыл, что на блохе
Живет блоху кусающая блошка;
На блошке той — блошинка-крошка,
В блошинку же вонзает зуб сердито Блошиночка… и так ad infinitum…

«До бесконечности…» В оперении любой птицы мы встретим около полудюжины видов наружных паразитов — клопов, блох, пухоедов, мух-кровососок, клещей. А уж внутри — ботанический и зоологический сад вместо. Здесь и вирусы, бактерии, микроскопические простейшие, грибы, различные паразитические черви. И у сельдей «внутренняя начинка» не менее разнообразна и обильна. Какая уж тут «изоляция»!

Даже на полях, где человек стремится искусственным путем создать чистые посевы культурных растений, ему удается достичь этого не в полной мере. На каждом растении сохраняется положенный ему по штату набор сожителей, квартирантов и паразитов. На полях поселяются или регулярно наведываются на них различные насекомые, птицы, мышевидные грызуны, суслики, хомяки. Нет отбоя от сорняков, которые так и лезут из земли. Наконец, весь культурный растительный покров (в сельском хозяйстве это агрофитоценоз) очень сильно зависит от почвы с ее богатой флорой и фауной.

Ученые в лабораториях создают изолированные популяции животных, и опыты с ними дают интереснейшие результаты. Они ухитрились даже вывести стерильных лабораторных животных, свободных от различного рода спутников, и разводить их. Но нас сейчас интересует жизнь во всем многообразии ее естественных связей.

…В конце семидесятых годов прошлого века немецкий биолог К- Мёбиус изучал устриц на банках в Северном море. Он был одним из немногих в то время ученых, кто применял комплексный метод исследований. Его интересовали не только сами устрицы, но и условия их жизни. К- Мёбиус измерял температуру, соленость моря, обращал внимание на грунт, В результате он смог составить количественную характеристику условий, требующихся для обитания устриц. Они оказались строго определенными. Главное же, К- Мёбиус подметил, что вместе с устрицами постоянно встречается целая компания других животных — простейших, губок, кишечнополостных, иглокожих, мшанок, червей, асцидий, ракообразных, моллюсков, рыб. Следовательно, решил он, им требуются примерно те же самые условия, что и устрицам. Группировки эти не случайны, а появляются благодаря сходным требованиям к факторам среды у различных организмов.

«Таким образом, каждая устричная банка является сообществом живых существ, собранием видов и скоплением особей, которые находят здесь все необходимое для их роста и существования, то есть соответствующий грунт, достаточное количество пищи, надлежащую соленость и благоприятную для их жизни температуру…»

Это не просто сообщество, отмечает далее К. Мёбиус, в нем постоянно действует отбор под влиянием внешних условий жизни, оно непрерывно владеет определенной территорией. А наука еще не предложила подходящего слова для его обозначения.

«Я предлагаю слово «biocenosis», — заявил ученый.

Так и появился термин «биоценоз», столь широко распространенный ныне в науке. Он состоит из двух греческих слов, причем значение «био» известно всем, а «цеиозис» понимается обычно в несколько фигуральном смысле как «сообщество». Итак, «совокупность жизни», «живое сообщество…».

В состав биоценозов входят фитоценозы и зооценозы, растительные и животные сообщества. Конечно, в этом расчленении много условного, оно возникло под влиянием геоботаников, которым проще находить и изучать свои фитоценозы. Зоологи с самого начала были убеждены в том, что зооценоз — абстракция, имеющая скорее всего методическое значение, ведь животные не могут существовать без растений. Более или менее самостоятельные зооценозы или биоценозы с решающим преобладанием животных мы находим лишь в водной среде и на границе между сушей и морем. Таковы сообщества морских зверей — котиков, сивучей, моржей, настоящих тюленей — с их спутниками, плотоядными зверями и птицами; таковы известные всем поселения кораллов — коралловые рифы.

Один из первых крупных советских экологов, профессор Д. Кашкаров, считал разделение животных и растительных сообществ экологическим абсурдом. Его «протест» не был принят, фитоценозы и зооценозы получили «права гражданства», однако при каждом удобном случае подчеркивается их взаимосвязь и взаимозависимость.

…Давно уже было известно, что от почвы во многом зависит состав сообществ растений и животных. Тот же К- Мёбиус в работе об устричных банках упоминал о ней, правда, в основном как о субстрате, месте прикрепления и пребывания устриц и других животных. Но только В. Докучаев, основатель современного почвоведения, в самом конце прошлого века правильно раскрыл значение почвы как особого тела природы.

«Почвы… есть зеркало, яркое и вполне правдивое отражение, так сказать, непосредственный результат совокупного, весьма тесного векового взаимодействия между водой, воздухом, землёй… с одной стороны, растительными и животными организмами и возрастом страны — с другой».

Именно благодаря докучаевскому учению стало возможным введение в термин «биоценоз» скромной частички «гео» — земля. Сделал это наш крупный ученый академик В. Сукачев, основатель учения о биогеоценозах — биогеоценологии. Он показал, что нельзя рассматривать сообщества растений и животных в отрыве от важнейших факторов среды и прежде всего от почвы.

Смысл биогеоценологии В. Сукачев, пожалуй, точнее всего выразил в следующих словах: «Живое само создает для себя среду обитания. Вся верхняя пленка нашей планеты создана жизнью». А определение, данное им биогеоценозу, выглядит так: «Совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий)». Можно сказать, что биогеоценоз — это биоценоз во взаимодействии со всей его природной обстановкой.

Биогеоценологию некоторые ученые сейчас рассматривают как важный синтетический раздел экологии, другие же предоставляют ей самостоятельность, признавая, правда, очень близкое родство с экологией.

Говоря откровенно, с биегеоценозами происходят иногда такие же истории, что и с «пипиляциями». Некоторые из них как на ладони. Какой-нибудь небольшой пруд со всеми имеющимися в нем растениями, животными, бактериями — в сообществах, разумеется. Или биоденоз островка с однородными условиями обитания. Смешанный лес в целом — большой биогеоценоз. Его границы проходят по опушкам, за ними — биогеоценозы полей, лугов, болот. Обошли — выделили. А внутри леса, как в матрешке, еще много биогеоценозов более низких рангов. Границы их часто очень расплывчаты. Если еще и можно как-то провести грань между растительными сообществами, отдельными типами леса, то в отношении зооценозов это намного труднее. Ведь животные не привязаны к растениям, они перебегают, переползают, перелетают из одного фитоценоза в другой.

Глубокий анализ помогает разобраться в этом, казалось бы, безнадежном хаосе. Выделяются биотопы. Профессор Г. Новиков характеризует их как довольно обширные участки местности с относительно однородными условиями. Они должны обладать примерно сходными условиями обитания для приуроченных к ним комплексов животных.

Определяют доминирующие виды и прочие, выстраивая их «по ранжиру», в зависимости от значения в сообществе. Не столь существенно, что в состав некоторых биоценозов входят сотни и тысячи животных и растений. Важнее — какие, ведь тон задают только некоторые из них. В дубравах, например, властвует дуб. Он и поглощает львиную долю солнечных лучей, и создает наибольшую биомассу, и дает корм множеству животных. Под его кронами почти всегда тень, необходимая организмам, не любящим света. Ствол, ветви, листья, дупла — убежища и жилища множества насекомых, клещей, птиц и зверей.

Есть в биогеоценологии одно интересное понятие. Экологическая ниша. Вспомним еще раз об ондатре. Ведь это только благодаря свободной экологической нише она очутилась в наших водоемах. Ученые сравнили животный мир водно-болотных ландшафтов Северной Америки и Евразии. Очень много сходного, но чего-то недостает. Конечно же, ондатры! Квартира для нее явно подходящая, а хозяин отсутствует. Не было у нас зверя, способного потреблять в корм огромную биомассу водных растений, селиться на берегах и мелководьях рек, озер и болот. Ни выхухоль, ни водяная крыса не могли восполнить этого пробела.

«Пригласили» ондатру. Экологическую нишу зверек занял, она действительно была свободной. Ондатровые шапки и воротники многие из нас с вами носят — значит, какой-то практический итог есть. Однако и прегрешений за этим грызуном числят немало. Особенно скверно повел он себя в северных водно-болотных биогеоценозах. Они малочлеины, сравнительно просты, а поэтому в целом очень уязвимы и нестабильны. Ондатра — на положении доминирующего вида — сразу нашла и слабое место. Она уничтожила или сильно подсократила запасы водно-болотных трав, первичная продукция которых питала все эти зыбкие сообщества. Стало меньше рыбы, водной птицы и… ондатры!

Следует, пожалуй, обязательно добавить еще п вот что. Мы говорили о популяции как о третьем уровне организации живой материи. Биогеоценоз, его живое вещество — четвертый уровень. В принципе это такая же кибернетическая система, что и популяция, но более сложная. Каждый биогеоценоз существует прежде всего благодаря непрерывному обмену веществ и энергии как между отдельными составными его компонентами, так и с другими биогеоценозами. Для того, чтобы подмечать связи между различными сообществами, надо немножечко изменить специфику мышления. Неэколог, увидев, как кайра, сорвавшись с отвесной скалы, на выступе которой находится ее гнездо, спикировала в море, нырнула, поймала рыбу и принесла ее птенцу, опишет это событие примерно в тех же словах, в которых мы это только что сделали. Эколог констатирует: некоторое количество вещества и энергии попало из морского в прибрежный биогеоценоз. Впрочем, не будем особенно увлекаться таким «переиначиванием», в обыденной жизни нам достаточно воспринимать явления в их первоначальном смысле, не мудрствуя лукаво.
Дед Щукарь

— М-да… Без биогеоценоза — очень уж непрост этот термин для произношения — ныне, пожалуй, не обойтись. И без экосистемы, и…

— И без экологической цепочки, трофического уровня, экологической пирамиды. Только эти «эко» — не дань моде. Без них действительно нельзя понять нашу науку.

Эразм Дарвин, врач и поэт, дед великого естествоиспытателя умер в 1802 году. Через год, посмертно, вышла его поэма «Храм природы». В ней много наивно дидактического, но некоторые биографы Дарвина-младшего не напрасно упоминают о большом эволюционном потенциале этого произведения. История жизни на Земле показана в поэме в непрестанном развитии и совершенствовании. Получилось так, что внук обосновал и выразил в научной форме идеи, намеченные дедом поэтически. Э. Дарвин был не чужд и стихийно экологических взглядов на явления в живой природе.

Свирепый волк с кормящею волчат
Волчицею — гроза невинных стад;
Орел, стремясь из-под небес стрелою,
Грозит голубке смертью злою;
Голубка ж, как овца, должна,
Кормясь, губить ростки и семена.
Охотнице-сове, средь ночи темной,
Не жаль певца любви и неги томной,
А соловей съедает светляка,
Не посмотрев на прелесть огонька.
Светляк же, ночи светоч оживленный,
Вползая вверх, цветок съедает сонный.

Прочитав эти строки, можно вознегодовать на злых хищников, особенно на сову, не пожалевшую даже «певца любви». А можно с научной беспристрастностью найти в них описание… трех цепей питания, или иначе — трофических цепочек. Трава — овца — волк, «ростки и семена» — голубь — орел, «цветок» — светляк — соловей — сова. Две трехзвенные пищевые цепочки, одна

четырехступенчатая. И везде в начале каждой цепочки — растительный корм, а в конце, как это и положено, — крупное хищное животное.

Построение таких цепочек основано на допущении, что организм предыдущего звена служит единственным кормом для организма, расположившегося «выше». Так не бывает. Даже листья эвкалипта, кроме стенофага коала, поедают, наверное, и какие-нибудь другие животные. Овцу, помимо волка, может похитить беркут, да и человек от нее ни в коем случае не откажется. Известны не только цепи хищников, примеры которых мы привели. Есть цепи паразитов, начинающиеся с крупных организмов и заканчивающиеся более мелкими. Цепи сапрофагов, берущих начало с мертвого органического вещества. В действительности существуют не цепочки, а трофические сети различной сложности; подчас в них включены многие тысячи организмов. Но схема пищевой цепочки наглядно иллюстрирует две закономерности.

Первая — принадлежность всех организмов к какому-либо трофическому уровню. На одну полочку со светляком мы можем посадить и крошечную тлю, питающуюся соком растений, и громадного слона, поедающего листву и побеги деревьев. Они прежде всего гетеротро-фы, питающиеся органическим веществом, уже образованным растениями-автотрофами.

Здесь нам не обойтись без специальной системы понятий. В ней растения известны как продуценты. Этот термин подчеркивает их способность создавать органическую массу. А вот потребители ее — консументы. Тлю и слона роднит не только принадлежность к великому братству потребителей, они — консументы первого порядка, чисто растительноядные животные.

В компании с совой могут оказаться и стрекоза, и окунь, и стриж, и многие другие животные, консументы второго порядка, хищники, плотоядные животные. Есть консументы третьего порядка, «хищники хищников». Таков, например, орел, не пощадивший голубку, но способный напасть и на волка или лисицу.

Некоторые животные могут сидеть на двух и даже трех полочках. Ондатра, когда она питается рогозом, — обыкновенный растительноядный вид; отведав рыбу или моллюска, она становится консументом второго порядка.

И вторая закономерность — продвижение органического вещества «снизу вверх», от продуцентов — растений — к консументам — животным все более высоких рангов.

Солнечные лучи в химических лабораториях зеленых растений пускают в ход процессы фотосинтеза. Возникает органическое вещество, которое поедается консу-ментами первого порядка, растительноядными животными. Это могут быть саранча, мышь, сеноставка, овца, косуля, жирафа. Потери вещества — или связанной с ним энергии — при переходе на этот уровень составляют в среднем 90 процентов. Они идут на поддержание жизнедеятельности животных. Плотоядные — пустельга, лисица, волк — убили и съели растительноядных животных; потеряно еще 90 процентов энергии. Беркут, паривший в поднебесье, заметил лисицу, ринулся вниз и вонзил в хищника свои страшные когти. Биомасса, начавшая свой путь в зеленой траве и продолжившая его через мышь и лисицу, превратилась теперь в орлиную плоть, хотя и здесь не обошлось без очередных немалых потерь.

Трофические отношения — сила, движущая биогенный круговорот веществ в природе, рождающая потоки энергии, заключенной в химических соединениях тканей живых организмов. Только на суше ежегодно образуется и разрушается от 10 до 55 миллиардов тонн органического вещества. Около 90 процентов его в конечном итоге попадает в газовую сферу Земли, а остальное — в совершенно иной форме — возвращается в круговорот или остается в промежуточном состоянии.

Солнечный свет — органическое вещество продуцентов — растительноядные животные — плотоядные… Стоп, чего-то не хватает. Ведь куда-то должна деваться биомасса потребителей высшего ранга-? Орел не вечен же. Да, недостает еще одного звена, весьма печального, по совершенно необходимого. Без него круговорот не выйдет, мы немного забежали вперед. Это редуценты — организмы, «утилизирующие» мертвое органическое вещество, способствующие его распадению и минерализации. К ним относятся бактерии, грибы, животные из самых различных систематических групп, пожиратели экскрементов, например знаменитый скарабей, священное животное древних египтян, а попросту — жук-навозник…
И вещество, без жизни, возвратиться
В борьбу стихий химических стремится.
Так силой жара из бродильных масс
Стремится кверху, расширяясь, газ,
Но вновь, сгустясь, в холодных кольцах вскоре,
Спускается, отяжелев, к опоре.

Э. Дарвин правильно определил предназначение биоредуцентов: возвращать вещество «без жизни» в вечный круговорот природы.

В учебниках и научно-популярных книгах можно иногда увидеть рисунок наподобие следующего. На нижней горизонтали-полочке, самой длинной, стебли травы. Ею питаются кузнечики — над травой следующая полочка с изображением этих животных. Она короче, так как не вся биомасса растений, которую съедают кузнечики, превращается в их ткани. На третьей горизонтали сидят несколько симпатичных лягушек, сожравших насекомых; их палочка, естественно, еще короче предыдущей. Четвертую горизонталь занимает тройка ужей, взращенных на лягушках. И наконец, па самом верху расположился в одиночестве пернатый хищник, змееяд.

Все это, как мы уже знаем, трофическая цепочка: трава — кузнечики — лягушки — ужи — змееяд. Пять звеньев, пять полочек. Если же мы превратим эти полочки в прямоугольники, не меняя их длины, и поставим их один на другой, то получим геометрическую фигуру, напоминающую египетскую пирамиду, также со ступеньками. Она и называется экологической пирамидой. Суть заключается здесь в том, что с каждого трофического уровня на другой, более высокий уровень через кормовые связи может перейти только часть вещества, причем обычно незначительная. Остальное расходуется на поддержание жизнедеятельности, дыхание организмов исходного уровня или через неассимилируемые экскременты попадает в цепи сапрофагов.

Длина прямоугольников пропорциональна потоку энергии, или продуктивности каждого уровня. Откуда взялась энергия? Мы уже упоминали о том, что она связана в химической форме в биомассе организмов. Экология оперирует не только с биомассой, но и с энергией. Последнее иногда удобнее и нагляднее.

Вначале эколог подмечает совершенно конкретные факты: кузнечики питаются такими-то видами растений, лягушки поедают кузнечиков и т. д. Далее он пытается определить точную потребность каждого организма в корме. Трава, лягушки, кузнечики превращаются в биомассу — граммы, килограммы, тонны органического вещества! А затем — ив калории.

Переход от единиц биомассы к единицам энергии несложен. Один грамм протеинов и углеводов — 4 большие калории, липидов — 9. Определили химический состав лягушки, перемножили все на соответствующие коэффициенты, и вот уже перед нами не животное, а сумма калорий. Уж, проглотивший лягушку, не просто убил животное и удовлетворил свой аппетит; он переместил с одной полочки экологической пирамиды на другую столько-то калорий энергии.

Если требуется «превратить» в энергию биомассу дерева, это тоже возможно: вес стволовой древесины множится на 4,5 килокалории, живой листвы — на 1,7, лесной подстилки — на 4,5. Затем все суммируется.

Придется заметить, что в действительности трофические цепи далеко не так стройны и симметричны, как на схемах в .монографиях. И не только из-за сложности пищевых отношений. Не вся биомасса одного уровня используется в качестве пищи на последующем уровне. Да иначе и быть не может. Дуб, о котором мы вспоминали как о доминирующем виде в дубравном биоценозе, — он же далеко не весь съедобен. Пока он живет, в пищевые цепи ежегодно поступают желуди, часть листвы, мелких веточек, совсем немного коры и стволовой древесины. То, что каждый год сбрасывается деревом, поступает в цепи распада, становится добычей редуцентов. А в конце концов, свалившись от старости или бури, дуб постепенно разлагается, минерализируется, переходит в воздух, в почву; часть минеральных веществ, бывших когда-то его плотью, возвращается в плоть его потомков.

И мышам не всем суждено закончить свой путь в желудках лисиц или куниц. Они гибнут от болезней, катастроф или — редчайший случай — от старости и также поступают в цепи распада. Поэтому на пирамиде, »а каждом ее уровне, мы должны изобразить стрелочки, ведущие в сторону. Они указывают путь вещества и энергии, не попавших в пищевые цепи консументов.

Наше знакомство с экологическими пирамидами началось с классической схемы «трава — змееяд». Заменим ужей на форель, и змееяда на человека. В основание экологической пирамиды «заложено» 1000 тони травы. Вот что теперь получится. Травой смогут прокормиться 27 миллионов кузнечиков. Целая армия лягушек, около 90 тысяч, будет предовольна, если получит в свое распоряжение столько насекомых. Но эти лягушки прокормят собой до взрослого состояния только 300 форелей. А это вполне может составить годовой рацион… одного человека! Тысяча тонн травы и один человек. Вот что значат потери вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Замените изысканные блюда из форели на рагу из лягушек, и вместо одного можете посадить за стол десятки человек. Кузнечиками же прокормилось бы целое племя, около тысячи человек. Вспомним о вегетарианских призывах Дю-виньо и Танга, а кстати задумаемся и над экологической прозорливостью природы, не позволявшей первобытным людям взбираться выше второй ступени экологической пирамиды.

Пожалуй, и деда Щукаря мы можем теперь с полным правом отнести к стихийным экологам. Его попытка накормить колхозную бригаду супом из лягушатины наверняка являлась неосознанным протестом против энергетического расточительства в питании человечества. Но он не учел «пустяка» — того, что лягушки в трофических цепочках располагаются выше кур.
Биомасса, продукция, продуктивность

— Дед Щукарь — стихийный эколог… Такие ассоциации, даже шутливые, возвращают нас «биологическому браконьерству»…

— Отныне мы будем совершенно серьезны. Деда Щукаря, несомненно, волновала проблема… биологической продуктивности. Кстати, одна из главнейших в экологии.

…Во время путешествия на корабле «Бить» Чарлз Дарвин, как известно, посетил Южную Африку. Его удивило несоответствие между скудной растительностью этой части Африканского континента и обилием крупных млекопитающих. Повсюду «реденькая трава», «изредка кустарники фута в четыре высотой», а куда ни глядь — носороги, бегемоты, жирафы, кафрские буйволы; стада антилоп «можно сравнить по многочисленности только со стаями перелетных птиц». Везде множество львов, пантер, гиен, хищных птиц». В Великобритании, па родине естествоиспытателя, растительность гораздо обильнее, а крупных зверей почти нет.