Экологический кризис - прецедент в мезозое
Экологический кризис - прецедент в мезозое
В.В.Жерихин
Еще
20-25 лет назад слова "экология", "экосистемы",
"биоценозы" встречались только на страницах научной и
научно-популярной литературы. С тех пор они успели перекочевать в газеты, на
телевизионные и киноэкраны, в экономические расчёты, в технические проекты,
предвыборные программы политических партий, и статьи законодательства. Они
наряду с понятиями "эволюция" и "генетика" стали едва ли не
самыми широко известными биологическими терминами. Весь этот массовый интерес
обращен на один и тот же аспект экологии - на вопрос о сопротивляемости
природной системы разрушительному воздействию человеческой цивилизации. В
потоке страстных призывов спасти природу, мрачных пророчеств, оптимистических
обещаний, сухих экономических оценок, изящных математических моделей непросто
разобраться даже специалисту. Проблемы природной среды многообразны и многолики
как сама природа. Вопросы развития человеческого общества сложны и
многосторонни как само человечество. Когда же речь заходит о взаимодействии
человека и природной среды, эти сложности и многообразия перемножаются. И так
нужно, так необходимо, проводя детальные, тщательные скрупулёзные исследования,
сохранить при этом и возможность бросить взгляд издалека если не на весь этот
волнующийся океан проблем, то хотя бы на его по возможности большую часть.
Палеонтология,
пожалуй, единственная из биологических наук, которая в принципе не умеет
разглядывать события вблизи, страдает, так сказать принципиальной
дальнозоркостью. Через "горы времени" неразличимы подробности
происходившего. Позади угадываются лишь общие контуры событий, общие очертания
канувших в небытие миров. Но значительные перемены, великие перевороты не
теряются и во мгле времён. Сейчас, в эпоху массовой экологической тревоги,
изучение крупнейших кризисных перемен в органическом мире прошлого приобрело
неожиданную актуальность.
Один
из таких "кризисов" произошёл в середине мелового периода - последнего
периода мезозойской эры, около 100 млн. лет назад. И был он, хотя не
единственной, но, как оказывается, одной из самых важных смен в истории
биосферы. В это время природные сообщества (биоценозы) изменились чрезвычайно
резко и очень быстро (разумеется, по палеонтологическим меркам) - особенно на
суше и в пресных водоёмах, хотя и морские сообщества не остались в стороне от
происходившего. Меловая биологическая "революция" - очень благодарный
объект изучения. Следовавшие за ней перемены - даже крупная смена на рубеже
мезозойской и кайнозойской эр, последовавшая через 35 млн. лет, - уступали ей
по масштабу, а другие сравнимые по значению события если и происходили, то
значительно раньше, и поэтому их нельзя изучить столь же подробно. Время
неторопливо, но неумолимо стирает свидетельства минувшего, и от более древних
событий до нас дошло меньше фактического материала.
Переворот в растительном царстве
Провозвестники
надвигающихся перемен появились задолго, за 20-30 млн. лет до их наступления,
ещё в начале мела (так обычно называют меловой период для краткости).
Материалы, документирующие это появление, выглядят на редкость невзрачно. Это
не кости исполинских ящеров, не рогатые черепа, не раковины фантастических
очертаний - это всего лишь отпечатки небольших, ничем не примечательных с виду листьев,
да различимая только под микроскопом пыльца древних растений. И листья, и
пыльца принадлежит покрытосеменным (цветковым) растениям. В наше время
покрытосеменные важнейшая и самая разнообразная группа, к которой относится
большая часть растительного мира. До мелового периода их не существовало. В
тогдашнем мире господствовали другие группы растений, из которых сейчас
заметное место в природе сохранили только хвойные и папоротники. Что касается
других растений мезофита т е. "средней эры" истории растительного
мира, названной так по аналогии с мезозоем ("средней эрой" истории
животных), то они совсем или почти совсем исчезли с лица земли. Уцелел до наших
дней лишь один-единственный вид - странное дерево гинкго с веерообразными
листьями. Первые покрытосеменные совершенно теряются на фоне мезофитной
растительности, - так же, как теряются на фоне крупных травоядных и хищных
млекопитающих кайнозоя первые антропоидные обезьяны.
Палеонтологические
материалы надёжно документируют дальнейшие события. Сначала невзрачные
мелколистные покрытосеменные распространяются всё шире и шире, хотя и остаются
повсюду на третьих и четвёртых ролях. В начале мела они прослеживаются в
Центральной Азии. Через десяток миллионов лет они уже обнаруживаются в других
частях Азии, в Африке. Затем - в Америке, в Европе. Ещё несколько позднее - в
Австралии. Затем им как бы надоедает скрываться в тени.
Происходящее
выглядит тем более драматично, что участники событий - бессловесные,
неподвижные растения. За несколько миллионов лет - в самом конце первой
половины мела - покрытосеменные замещают в палеонтологических захоронениях
большую часть характерных мезофитных растений. В это же время уцелевшие от
вымирания мезофитные группы - папоротники и хвойные - меняются, становятся
похожими на современные. Этим "перебежчикам из чужого стана"
покрытосеменные соглашаются уделить место в своем новом мире. Остатки же других
мезофитных растений, хотя ещё и продолжают встречаться во второй половине мела,
но становятся всё более и более редкими. И, наконец, совершенно исчезают.
Как рухнула экологическая пирамида
Одновременно
с растениями меняются и животные. В конце раннего мела обнаруживаются
древнейшие известные плацентарные млекопитающие, похожие на современных мадагаскарских
тенреков (щетинистых ежей). Становятся многочисленными птицы. В середине мела
появляются первые змеи. Резко меняется состав насекомых. Среди них, например,
появляются муравьи, становятся обильными и разнообразными термиты и бабочки. В
море появляется множество групп костистых рыб. С тех пор и вплоть до наших дней
все эти группы животных вместе с покрытосеменными растениями относятся к числу
важнейших, определяющих весь облик природы. Переживают меловую катастрофу
динозавры. Их час ещё не пробил. Им предстоит вымереть через 30 млн. лет, при
следующей, менее резкой смене органического мира - в конце мела. Но и динозавры
пережили середину мела совсем не спокойно - они сильно изменились, особенно
растительноядные.
Однако
список появляющихся в середине мела групп животных не так уж велик. Ещё меньше
таких групп животных, чья судьба оказалась столь же печальной, как судьба
мезофитной флоры. От них остались только отпечатки в осадочных пародах или
скелетные остатки.
Легко
понять, что при смене растительности смена животного мира совершенно неизбежна.
Всё живое выстроено в великую экологическую пирамиду, в основании которой стоят
растения. На этом фундаменте следующий слой - растительноядные животные. На них
- следующий слой - хищники...
Покачнётся
основание - и вся пирамида зашатается, угрожающе накренится и рухнет, погребя
под своими обломками и растительноядных, и хищников, и тех, кто питается
отмершими частями растений или трупами животных. Да и не в одних
"кормовых" (или, как говорят в биологии, трофических) зависимостях
дело. Тысячи не только трофических, но и иных прочных "цепочек"
связывают животных с растениями (как, впрочем, и растения с животными).
Вот
исчезли мезофитные растения. Конечно, те, кто ими питался, должны были тоже
исчезнуть или измениться. А дальше всё происходит как в популярном
стихотворении "Дом, который построил Джек". И те животные, которые
укрывались среди зарослей растений от врагов, тоже должны были исчезнуть или
измениться. И те, кто был приспособлен к создавшемуся мезофитными растениями
микроклимату, должны были исчезнуть или измениться. И те, кто был приспособлен
к физическим и химическим особенностям почвы, созданной мезофитными растениями,
должны были исчезнуть или измениться. Долго ещё можно было бы продолжать этот
перечень - и после каждого его пункта колокольным ударом звучала бы эта
альтернатива: "исчезнуть или измениться".
Поскольку
требовалось не просто измениться, а измениться согласно требованиям новой
окружающей среды, большинство находившихся под угрозой животных в результате
исчезли. Меньшинство же научилось жить в этом изменившемся мире.
Возникает
вопрос: почему же сменились растения, почему закачалось основание пирамиды?
Обычно считают, что основной причиной смены были изменения климата. Но
думается, что это лишь часть ответа, и притом даже не основная. Климатические
изменения происходили и до, и после меловой смены органического мира. Некоторые
из них были гораздо более резкими, чем совпадающие с этой сменой. Однако
сравнимых по масштабу биологических событий при этом не происходило. Скорее
можно думать, что изменения климата подтолкнули уже готовые рухнуть сообщества
мезофита - как варвары Рим времён упадка. Не будь в это время наготове
покрытосеменных, готовых ринуться в пробитую брешь, биоценозы мезофита оправились
бы от климатического удара ценой сравнительно небольших изменений, как уже не
раз случалось ранее. Но покрытосеменные уже были, и это решило исход дела.
Как
бы там ни было, какой бы ни была первопричина победы цветковых, едва ли можно
сомневаться в том, что именно эта победа повлекла за собой остальные перемены в
органическом мире.
Природа залечивает раны
Итак,
экологическая пирамида мезофита рухнула. Мезофит канул в прошлое. От
сложнейших, совершеннейших, тонко сбалансированных биоценозов остались
хаотические обломки, которые и сообществами-то нельзя назвать с достаточным
основанием. Все связи в них были слеплены топорно, наскоро, кое-как. Оттачивать
и отшлифовывать их было некогда, да и незачем - ведь особенностью этого
разрушенного мира являлось то, что все уцелевшие были на первых порах
приспособлены к нему одинаково плохо. Новые жертвы не слишком искусно прятались
от новых хищников в зарослях растений, но им помогало то, что и новые хищники
не слишком успешно разыскивали и преследовали их в этих зарослях.
Растительноядные животные с трудом усваивали непривычные ткани непривычных
растений, но им не грозили конкуренты, потому что все растительноядные
находились в том же положении. И так было во всём. Но не слишком долго.
Те
же палеонтологические материалы, которые в раннем мелу открывают нам картину
постепенного внедрения покрытосеменных в мезофитный мир и краха этого мира, в
позднем мелу показывают, как на руинах мезофита складываются новые сообщества,
характеризующие новую, пока последнюю в истории биоценозов суши - кайнозойскую.
Появляются
всё новые и новые группы взамен исчезнувших, компенсируются потери. Структура
биоценозов, поначалу очень простая и примитивная, делается всё сложнее и
совершеннее. Всё разнообразнее и сложнее становятся новые взаимосвязи между
новыми организмами; части новой экологической машины притираются друг к другу.
Последствия катастрофы были ликвидированы, раны залечены.
Этот
чудесный процесс "самосборки" новых биоценозов взамен погибших
заслуживает того, чтобы немного подробнее остановиться не его механизме.
Поражает прежде всего скорость процессов восстановления. Ведь в течение большей
части истории. Земли органическая эволюция происходила медленно и плавно.
Рассмотрим в качестве примера насекомых. В этой группе животных средний возраст
современных видов составляет приблизительно 5-7 млн. лет, а максимальный - по
меньшей мере 40-45 млн лет. При этом насекомые - ещё не самая медленно
эволюционировавшая группа животных. Но эволюция отнюдь не потому тащилась таким
черепашьим шагом, что животные организмы в принципе не способны меняться
быстрее. Нет, скорость их изменений может быть очень высокой. Человек путём
селекции создал новые виды растений и некоторые из них (например, кукуруза)
очень сильно отличаются от своих диких предков. В лабораторных экспериментах
изменения насекомых на видовом уровне удавалось достичь за 12-20 поколений.
Иными словами, их естественная эволюция шла в сотни тысяч, а то и в миллион раз
медленнее, чем могла бы идти.
Очень
похоже, что одним из главных тормозов, сдерживающих эволюционные
преобразования, служат именно биоценозы. В хорошо сбалансированном, устойчивом
биоценозе эволюционировать практически незачем - условия привычны,
приспособления к ним отточены и выверены и потому большинство изменений
беспощадно отбрасывается естественным отбором. Кроме того, в устойчивом
сообществе свобода изменений чрезвычайно ограничена. Каждый вид в нём со всех
сторон "зажат" соседями. Перейти на другое кормовое растение? Но им
уже питаются другие растительноядные виды, успевшие хорошо приспособиться к его
особенностям - куда лучше, чем это доступно новичку. Сменить среду обитания,
уйти, например, с суши в воду? Но и там места заняты, и очень мало шансов, что
чужаку удастся втиснуться в этот "переполненный ковчег".
Иное
дело в разрушенных, незаполненных сообществах. Лишь небольшая часть ресурсов в
них используется, да и та не слишком эффективно. Поэтому изменениям открыт
зелёный свет: твори, выдумывай, пробуй! Конечно, и здесь множество проб будет
безуспешно и приведёт только к вымиранию, но есть реальные шансы на крупный
выигрыш. Более того, в этом мире едва ли выиграет тот, кто не рискует: через
некоторое время его обгонят, опередят конкуренты, перехватят использовавшиеся
им ресурсы и вытеснят его. Таким образом, в незаполненных биоценозах
естественный отбор благоприятствует изменениям и не поощряет консерватизма. И
чем менее совершенна структура сообщества, тем быстрее в нём идет эволюция. Чем
стабильнее и равновеснее сообщество, тем сильнее эта эволюция тормозится.
Теперь ясно, какой замечательный механизм выстраивает новые биоценозы взамен
погибших. Лишь только оказывается, что разрушение сообщества зашло достаточно
далеко, в нём автоматически повышается скорость эволюционных изменений видов -
и тем сильнее, чем сильнее разрушено сообщество. Вот эта ответная,
компенсаторная эволюция и залечивает раны природы.
Семь выводов из прошлой катастрофы
Попробуем
подытожить некоторые уроки мелового экологического кризиса. В это время, как мы
видели, оказалось уничтоженной значительная часть ранее существовавших видов
животных и растений. Произошли необратимые изменения характера органического
круговорота. Произошло химическое загрязнение воды и почвы (поскольку
покрытосеменные отличались биохимически от мезофитных растений, они выделяли в
окружающую среду иные, ранее в ней не встречающиеся вещества)... Не правда ли,
это удивительно напоминает самые мрачные прогнозы тех, кто обеспокоен
сегодняшней и завтрашней экологической ситуацией?
Итак,
во-первых, экологический кризис действительно возможен. Сопротивляемость
природных сообществ разрушительным воздействиям велика, но не беспредельна.
Катастрофическое разрушение их структуры - не выдумка паникёров, а реальная
опасность.
Во-вторых,
хотя разрушенные биоценозы заменяются новыми, достаточно стабильными
сообществами, этот процесс оказывается чудовищно медленным - по нашим,
человеческим меркам. Он занимает десятки миллионов лет- время совершенно
нереалистическое с точки зрения человека. Поэтому если разрушение существующих
сообществ зайдёт достаточно далеко, новые стабильные сообщества не возникнут ни
при наших внуках, ни при наших пра-пра-пра-правнуках. Будущим поколениями
придется жить в мире с нестабильной органической природой - зыбкой,
неопределённой, завтра не такой, как сегодня. В таком мире будет необыкновенно
трудно планировать свою деятельность; даже привычные, ещё вчера рутинные
действия будут приводить сегодня к неожиданным последствиям. Может быть наши
потомки и смогут привыкнуть к такому миру, но всё же не хочется оставлять им
подобное наследство.
В-третьих,
разрушение биоценотических структур приводит к резкому увеличению скорости
эволюционных процессов. В результате возникают совершенно новые организмы с
необычными, неожиданными свойствами. Важно подчеркнуть, что эти свойства
принципиально непредсказуемы: при отсутствии эффективного биоценотического
контроля эволюции она становится хаотичной, как броуновское движение. Если бы в
конце мезофита жили биологи, едва ли они смогли бы предугадать, что, пройдя
сквозь горнило будущего экологического кризиса, некоторые пресмыкающиеся
потеряют ноги. Что некоторые насекомые начнут образовывать колонии из десятков
и сотен тысяч особей, трудящихся на удивление целеустремлённо и целесообразно.
Что через некоторое время крупные растительноядные динозавры, передвигающиеся
на двух ногах, опустятся на четвереньки. Что через некоторое время мелкие
покрытые шерстью животные дадут начало разнообразнейшим группам кайнозойских
млекопитающих.
Несомненно:
наступи на Земле новый экологический кризис, он породит новые группы животных и
растений со столь же неожиданными свойствами. И не приходиться ожидать, что все
эти эволюционные новости будут устраивать человека. Скорее надо опасаться того,
что среди этих новых организмов окажутся опасные конкуренты людей, использующие
те же ресурсы, что и человек (например, сельскохозяйственные растения). Может
случиться, что с ними придётся вести непрекращающуюся тяжёлую борьбу. С этой
точки зрения - конечно, несколько утрируя ситуацию, - не так страшно то, что
человек может залить всю землю асфальтом, как то, что на этом асфальте и под
ним непременно кто-то научится жить. Итак, одна из главных опасностей
экологического кризиса - выпустить из надёжной бутылки устойчивых биоценозов
джинна неупорядоченной эволюции.
В-четвертых,
особенно опасны нарушения в растительном мире и вообще на нижних этажах
экологической пирамиды. Вероятно, до сих пор экологические последствия
деятельности человека потому и были сравнительно невинными, что уничтожались
главным образом крупные млекопитающие и отчасти птицы, - т. е. животные,
занимающие довольно высокие места в здании экологических взаимозависимостей.
В-пятых,
и среди растений имеются более уязвимые экологические звенья. Это зависит от
места, занимаемого ими в биоценотической системе. Есть основания предполагать,
что первые покрытосеменные занимали главным образом начинающие зарастать места
обитания - голые песчаные насосы, обнажившиеся при оползнях склоны и т.п.
Захватывая эти участки, они уже не допускали туда мезофитные растения. Иными
словами, там, где мезофитная растительность по какой-то причине один раз
исчезла она уже никогда не восстанавливалась. Поэтому растения, с которых
начинается зарастание новых участков, - это та часть сообщества, изменения
которой особенно опасны, и с ней следует обращаться особенно осторожно.
В-шестых,
к числу наиболее трудно залечиваемых ран природы относится химическое
загрязнение. Опадающие листья покрытосеменных легко гниют, резко обогащая
окружающую среду органическим веществом. По-видимому, именно такое загрязнение
вызвало в середине мела исчезновение почти всей фауны стоячих пресных водоёмов.
50-60 млн. лет назад сообщества на суше благополучно преодолели все трудности и
успешно стабилизировались, а вот большая часть современной фауны озёр появилась
на 20-30 млн. лет позже.
Седьмой,
и тоже очень важный вывод: покрытосеменные действовали совершенно
бессознательно. Они не могли предугадать, что им предстоит уничтожить
породивший их мир. Едва ли можно сомневаться в том, что человеку с его
технической оснащённостью вполне под силу сделать с живой природой то же, что с
ней в своё время сделали покрытосеменные растения. Однако надо надеяться, что
ему окажется под силу большее: не сделать этого, не допустить наступления конца
истории кайнофитных сообществ - истории, насчитывающей уже 100 млн. лет.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://macroevolution.narod.ru/