После человека. Зоология будущего - Дугал Диксон

На вершине пищевой пирамиды находятся хищники – последнее звено в цепи передачи энергии, начавшейся с растений, исходных продуцентов пищи. Эта пища в форме листвы и плодов переходит к травоядным, находящимся на пирамиде выше, и в итоге через них – к хищникам. Подобные пирамиды существуют по всему миру, от тропиков до полюсов. Иногда хищник, представленный здесь белым медведем, может находиться на вершине пирамиды, включающей как наземные, так и водные организмы. Сложные пищевые взаимоотношения, которые существуют между растениями и животными, живущими совместно в одном местообитании, объединяются в самодостаточную структуру, известную как экосистема. Экосистемы в тропических областях могут включать тысячи видов.

На примере с клеверным полем (1) интересно предположить, что может случиться при удалении одного уровня пищевой пирамиды. Если полевки окажутся по большей части уничтожены болезнью (2), совы лишатся пищи и вскоре покинут это место (3), предоставив популяции насекомых возможность бесконтрольно размножаться (4). Эта ситуация вряд ли затянется, и свободная ниша будет быстро занята одним из трех способов: здесь поселится совершенно новое насекомоядное существо, например небольшая птица, принеся с собой своего хищника (5), или сюда вторгнется иной вид полевок, а вслед за ним вернется сова (6), или остатки прежней популяции полевок, устойчивые к болезни, возродят ее (7).

Общими уровнями пирамиды являются уже упоминавшиеся выше первичные продуценты, травоядные и хищники. На всех уровнях пирамиды действуют падальщики и микроскопические разрушители органики. Если один из ключевых членов уровня пищевой пирамиды будет удален из-за болезни или изменений внешней среды, ее структура потеряет стабильность. Виды, находящиеся ниже освободившейся ячейки, стали бы бесконтрольно увеличивать свою численность до тех пор, пока позволяет пищевая база, и тогда их численность контролировалась бы голодом. В действительности это происходит редко, и вскоре появляется другой хищник, способный занять свободную нишу.

Растения могут использовать лишь столько энергии солнца, сколько в состоянии уловить. Ее трудно измерить, но путем превращения в сахар может быть запасено не больше 0,8 % энергии солнечного света, падающего на растение. Химическая энергия из сахара используется им для создания всевозможных органических составляющих, которые идут на построение его «тела». Именно эти сахар и энергию, заключенную в нем, получает травоядное животное, когда ест траву. Тем не менее и оно не может использовать всю запасенную растением энергию для своих нужд: максимальная эффективность животных составляет около 10 %. Этот фактор 10 % присутствует во всех звеньях пищевой цепи и означает, что в любом местообитании 100 травоядных могут обеспечить пищей только 10 хищников, которые, в свою очередь, обеспечивают существование лишь одного хищника «второго уровня». Данные построения упрощены и относятся только к животным одного размера. Вес животных является более важным фактором, чем число особей. Фактор 10 % справедлив для любого уровня в сложном переплетении пищевых цепей и является важным, поддерживающим стабильность формы пищевой пирамиды.

Согласно приблизительному эмпирическому правилу, хищник, которому для существования требуется одна единица энергии, должен взять 10 эквивалентных единиц энергии от травоядных, являющихся его добычей. Сходным образом каждое травоядное должно получить 10 единиц от растительности. Энергия для растений поступает исключительно от солнца, и вновь из 10 единиц, поглощенных растением, не более одной используется эффективно.

Зависимость эффективности питания от солнечного света – это причина, по которой разные части Земли обеспечивают существование весьма неодинакового числа живых организмов. В тропиках, где солнечное освещение интенсивно, растениям для усвоения доступно намного больше солнечной энергии. Следовательно, там, где позволяют другие факторы, такие как количество осадков, на единицу площади приходится больше растительности, чем в областях с умеренным и полярным климатом. Этот огромный массив растительного материала может обеспечить пищей множество травоядных, которые, в свою очередь, являются пищей для большого числа хищников. В противоположность этому в Арктике солнечная энергия, которую трудно назвать избыточной, поддерживает существование гораздо более скудной растительности, и потому там немного травоядных и значительно меньше хищников.

Разнообразие видов на каждом уровне пищевой пирамиды зависит от разнообразия растений в ее основании. В тропических саваннах, например, где есть низкие злаки, травы, не относящиеся к злакам, высокие злаки, кустарники и деревья, каждый из большого числа видов туземных животных поедает разный набор растений. Животное, питающееся корнями, не соперничает с поедающими низкорослые травянистые растения или высокие злаки. Даже те виды, которые имеют во многом похожий рацион, заметно различаются в иных аспектах таким образом, что не конкурируют друг с другом непосредственно – например один вид питается днем, а другой ночью. Таким способом число экологических ниш увеличивается, а процесс эволюции гарантирует, что все они будут заполнены.

Принцип, согласно которому природа не терпит пустоты, верен в биологии в той же степени, что и в физике. Экологическая ниша никогда не остается пустовать надолго – кто-то эволюционирует, чтобы ее заполнить, как только она образуется. Внутри видов, однако, конкуренция сильна, и каждая отдельно взятая ниша прокормит только определенное число особей. Столкновения между особями одного вида обычно преобразованы в стилизованные демонстрации, во время которых участникам наносится минимальный ущерб. Территория сохраняется, а брачные партнеры выбираются без реализации какой-либо реальной схватки. Это стратегия, которая обеспечивает больший успех в поддержании позиции живого существа в экосистеме.

Влияние хищничества плотоядных животных слишком мало, чтобы нарушить баланс пищевой пирамиды. Добывая только слабых, больных и стареющих особей – для них это вынужденная практика по той причине, что здоровое взрослое животное обычно может спастись бегством или отразить нападение, – они гарантируют, что выживет лишь наиболее приспособленный. Если приспособленные и здоровые взрослые особи вида не могут убежать или отразить нападение, этот вид быстро вымирает, а нишу занимает другой. В этом смысле хищники могут считаться не более чем просто нетерпеливыми падальщиками.

История жизни

На карте показано расположение материков в начале кембрия – точки во времени, начиная с которой история жизни отслеживается более отчетливо. В докембрийское время многие животные были мягкотелыми и сохранялись очень редко.

Земля существует около 5000 млн лет и на протяжении примерно 3500–4000 млн из них населена организмами того или иного рода. Тем не менее точную летопись окаменелостей земной жизни можно проследить примерно на 620 млн лет в прошлое – до того времени, когда впервые появились твердые скелеты. Тогда жизнь существовала только в море, а суша была безжизненной. Распределялись суша и море не так, как в наши дни. Расположение материков и океанов постоянно меняется из-за процесса, который называется тектоникой плит. Земная кора состоит из множества плит, словно частей футбольного мяча.

Эти плиты все время нарастают вдоль одного края, где составляющее их вещество поднимается из недр Земли, и разрушаются на другом краю – там плита подныривает под соседнюю и ломается. Дно поднимается вдоль срединно-океанических хребтов, а разрушение идет по линии глубоководных желобов. Материал, вовлеченный в эти процессы, представляет собой океаническую кору, богатую окисью кремния и магнезитом. Континенты состоят из коры иного рода, богатой окисью кремния и алюминием, которая находится на поверхности, и таким образом континенты двигаются в разных направлениях по земному шару благодаря тектонической активности. Этот процесс происходил на протяжении всего геологического времени и будет продолжаться, пока существует мир. Важность тектоники плит для истории жизни на Земле не ограничивается географией. Тектоника плит частично влияет на характер глобального климата, который меняется в течение сравнительно коротких в геологическом смысле отрезков времени и, несомненно, вносит свой вклад в относительно внезапные изменения, происходящие с доминирующими формами жизни на нашей планете. Взаиморасположение континентов на ключевых стадиях развития этих животных в какое-то время имело важное значение для их распространения по Земле и становилось причиной явных различий между формами жизни, населяющими разные массивы суши.