Нескучная биология - Алексей Целлариус

Вещество и энергия в экосистеме передаются по цепочке: от травы к зайцу, от зайца к лисе. При переходе часть энергии неизбежно теряется, поэтому масса лисиц меньше, чем масса зайцев, а масса зайцев меньше, чем масса растений. Поэтому выращивать кукурузу выгодней, чем свиней или коров, а коров или кроликов выгодней, чем, скажем, рысей. Хотя мясо рыси отменно вкусно и в средние века считалось деликатесом.

Нужен кто-то, кто бы мертвую органику разлагал и возвращал в круговорот. Почему Бог, Природа или Эволюция не создали организм, который умел бы делать и то и другое? Наверное, потому, что существует закон, такой же непреложный закон, как закон сохранения вещества и энергии – невозможно приспособиться ко всему сразу. Или все способности организма будут очень средненькими (а такому организму просто не выжить в этом жестоком мире), или что-то одно он будет уметь делать намного лучше, чем все прочее. Совмещение профессий всегда неэффективно.

Пищевая пирамида

В основе любой экосистемы лежит необходимость синтезировать живое вещество (продукция) и необходимость его разлагать (деструкция). Еще одна важная работа, без которой экосистема существовать не может, – регуляция и контроль. Как правило, организмы участвуют одновременно в нескольких процессах. Разлагают и регулируют, или синтезируют и регулируют, ведь многие механизмы в природе взаимосвязаны. Например, дождевой червь – работник деструкционного блока. Но он также проделывает скважины в почве, обеспечивая доступ воды и воздуха в ее толщу, а это уже скорее функция регуляторная. Деревья, несомненно, входят в блок продукционный. Но их кроны, затеняя почву, регулируют ее температуру и влажность. А выделения корней влияют на разложение органики и поставляют углеводы деструкторам-грибам, то есть дерево работает по совместительству и в деструкционном блоке.

Вообще, регуляторные механизмы пронизывают всю экосистему сверху донизу (и изучены пока плохо), но вот два основных производственных процесса – продукция и деструкция – в наземных экосистемах довольно четко разобщены в пространстве. Деструкция идет главным образом в почве, а продукция – наверху, на свежем воздухе. Что же касается запаса на черный день, то его экосистема может откладывать в разных местах. И от того, где хранится этот запас, зависят многие особенности устройства экосистемы.

Колыбель жизни?

Когда произносят слово «земля», в воображении обычно встает не наша планета, а теплый комок темного грунта, пронизанный тонкими корешками. Эта земля, почва, важнейшая часть любой наземной экосистемы. Вообще, почва, она в значительной степени «сама по себе». Ее изучает особая наука – почвоведение, она рассматривается как особое природное тело, особая система. Почва состоит из частиц горных пород, воды, живых существ (в основном микроорганизмов) и сложных органических молекул – гумусных веществ. Совокупность минеральных «песчинок» и облепляющих их гумусных веществ называется гумусом. Гумус – совместный продукт жизнедеятельности живых существ и сложных химических реакций, идущих в почве. Гумус обеспечивает темный цвет почве и именно в нем задерживаются минеральные удобрения, необходимые растениям.

Далеко не в каждой почве есть гумус. Гумус – «вершина» деятельности деструкторов. Если деструкторов недостаточно или их деятельность нарушена, гумус не образуется, он заменяется другими органическими составляющими почвы. Тогда вместо нормальной почвы может возникнуть, например, торф.

Все элементы почвы тесно связаны, то есть почва может рассматриваться как особая экосистема, точнее – особый тип экосистем. Принято считать, что жизнь возникла в океане. Но очень может быть, что колыбелью жизни были грунтовые растворы, насыщенные минеральными веществами и органическими продуктами вулканических извержений. И уже оттуда, из грунта, первые формы жизни проникли в океаны. Так или иначе, но почвы (или, по крайней мере, палеопочвы) возникли почти одновременно с возникновением жизни.

Строение почвы: Ао – подстилка; А – гумусный (перегнойный) горизонт; В – горизонт вмывания; С – материнская порода

Да, многоклеточные организмы появились, скорее всего, на теплом мелководье. Но когда первые растения и животные начали завоевывать сушу, они столкнулись не с мертвой пустыней, а с этим необыкновенным природным телом – почвой.

Современные наземные экосистемы – это сложные конструкции, их разные этажи имеют разный возраст, и все это здание покоится на фундаменте невообразимой древности – почве. Конечно, не надо думать, что соседний сосновый бор растет на почве, образовавшейся четыре миллиарда лет назад. В каждом конкретном месте почва зарождается, развивается, живет и, рано или поздно, умирает (или перерождается). И современные почвы уже совсем не те палеопочвы, что возникли на Земле вскоре после формирования твердой земной коры. Хотя бы потому, что надстройка верхних этажей включала перестройку нижних. Но это совершенно не мешает почве сохранять древние черты. Так, в основе навороченного «мерседеса» явственно проглядывает конструкция древней повозки – четыре колеса на двух осях и лежащий на них кузов. И, кстати, древнее далеко не всегда значит примитивное. Иногда наоборот, это значит доведенное до совершенства и прошедшее проверку временем.

Степи, леса и полупустыни

Большинство наземных экосистем относится к одному из двух основных типов: это или «леса», или «степи». В степях все, или почти все, запасы спрятаны под землей, в почве. Как выразился Вячеслав Генрихович Мордкович, почва – «курдюк» степных экосистем. В основном это питательные вещества, захваченные гумусом. Но не только. Масса питательных веществ отлагается в подземных частях растений – корневищах, клубнях и луковицах. А в лесах «жировые запасы» откладываются главным образом в надземном слое, в многолетних частях древостоя – в стволах и ветках.

В результате в степных экосистемах та часть продукционного блока, которая выставлена на поверхность и в которой, собственно, и идет синтез органики – стебли и листья, – легко и быстро восстанавливается. Пожары, сенокос, выпас скота – степные экосистемы относятся к этим напастям довольно философски. Прошел пожар по степи, а через месяц-другой вы и не отличите выгоревшее место от невыгоревшего, разве что на пожарище трава сочнее и зеленее. В лесах к надземной части экосистемы нужно относиться гораздо более бережно, ее разрушение ведет к гибели сообщества.

Лесные экосистемы во многом полная противоположность степным. Почвы здесь существенно беднее. Коль скоро запас в почве создать не удается, выход только один – как можно быстрее все, что образуется в деструкционном блоке питательного, всосать обратно, в блок продукционный.

Схема организации «степной экосистемы»

Сами растения тоже не дремлют. Перед сбросом листвы все, что только можно, растение откачивает обратно, в многолетние органы. Именно поэтому скот (и грызуны, и насекомые) благополучно кормится засохшей на корню степной травой, очень питательной, сохранившей почти все свои кормовые свойства, кроме влажности. А вот в опавшей древесной листве мало съедобного (с нашей или, скажем, коровьей точки зрения), но зато полно вредных, ненужных растению отходов.

Принято считать, что для крупных травоядных степи более благоприятны, чем леса, что именно в степях паслись некогда тысячные стада копытных, а леса и раньше и сейчас бедны крупными травоядными. Это не совсем так. В хорошем лесу тоже есть (точнее, были, пока не вмешался человек) крупные стадные животные. Именно лес, а не тундра – родина дикого северного оленя. В лесу паслись зубры, туры, лесные тарпаны. В лесах живут бобры – крупные (ну, по крайней мере, по сравнению со степными сусликами) социальные животные. От того, что социальная группа бобров называется семьей, а не стадом, суть дела не меняется.

Дело в том, что исконные, ненарушенные рубками и пожарами леса были несплошными: участки густого древостоя в них чередовались с полянами и луговинами. Такой комплекс, мозаика лесных и степных участков на месте современных степей обусловили существование там богатейшего населения животных до развития сельского хозяйства, в частности подсечно-огневого земледелия, «убившего» лес.

Схема организации «лесной экосистемы»

Не только лес имеет «дырки», в которые проникают степные элементы, есть и «дырявые» степи. Таковы саванны, разреженные арчевники высокогорий, саксаульники Каракумов. От дерева до дерева здесь порой не один десяток метров, да и деревья, по нашим меркам, так себе, скорее кусты. Но под каждым таким деревом, под его кроной, свои, «лесные» почвы, свои деструкторы, свой набор трав. Пространства между деревьями заняты типичной степной экосистемой. И, как и в случае с лесом, наличие «дырок» существенно повышает продуктивность и биоразнообразие сообщества.