Авторы
предыдущая
статья

следующая
статья

26.06.2018 | Наука

Логика экологии

Сегодня экология – едва ли не самая популярная в обществе научная дисциплина.

150 лет назад, в октябре 1866 года вышла в свет книга 32-летнего зоолога Эрнста Геккеля (всего за год до этого ставшего профессором Иенского университета) «Всеобщая морфология организмов». Как явствует из самого названия, книга посвящена в основном формам живых существ и частей их тел (а также том новому свету, который пролила на эту область эволюционная теория Дарвина). Но в предисловии к своему труду молодой профессор предложил вниманию читателей собственную классификацию разделов биологии – причем не только уже оформившихся, но и тех, которые едва наметились или которые еще только предстояло создать. Среди этих «проектируемых» дисциплин значилась и «общая наука об отношениях организма к окружающей среде, куда мы относим все условия существования в широком смысле этого слова». Геккель назвал эту будущую науку экологией – и именно со страниц его монографии это слово вошло в научный лексикон, а впоследствии и в обыденный язык.
Любой юбилей – это всегда повод оглянуться на пройденный путь. Но для того, чтобы даже коротко рассказать о достижениях экологии, о сделанных ею открытиях и поставленных вопросах, нужно было бы написать как минимум целую книгу. В журнальной же статье имеет смысл поговорить о некоторых специфических особенностях экологии как фундаментальной научной дисциплины, которыми она сильно выделяется в ряду других естественных наук.

 

Долгие роды

Прежде всего надо сказать, что в октябре 1866-го состоялось не столько рождение новой науки, сколько ее «крестины» – исследования определенного круга проблем обрели общее имя. Сами же подобные исследования хотя и пребывали в это время где-то на периферии естествознания, тем не менее уже имели некоторую историю.

Здесь следует сделать одну оговорку. В современных учебниках и популярных книгах в качестве истоков экологии частио называют древнейшие документы человеческой мысли вообще: египетские папирусы III тысячелетия до н э., шумеро-аккадские памятники, «Махабхарату» и «Рамаяну» и конечно же едва ли не всех знаменитых античных авторов – от Гомера до Сенеки. Во всех этих источниках действительно можно найти некие сведения (правда, не всегда достоверные) по вопросам, которые мы сегодня сочли бы экологическими. Но тогда по той же логике следует считать, что физика (вкупе с материаловедением и геологией) зародилась и вовсе два с лишним миллиона лет назад где-то в восточной Африке: ведь для того, чтобы превратить кусок кремня в самое примитивное рубило, нужно кое-что знать о физических свойствах кремня и уметь отличать эту породу от всех прочих. Так что реальные истоки экологии как именно научного знания о взаимоотношениях живых существ с окружающей средой лучше искать все-таки в более близких к нам эпохах, уже после возникновения науки в современном смысле этого слова – то есть в Новом времени.

Впрочем, даже и при таком ограничении в «отцы» или «провозвестники» экологии можно при желании зачислить едва ли не всех крупных натуралистов XVII – XIX веков: ведь практически все они писали о неразрывной связи растений и животных со средой их обитания, о межвидовых взаимодействиях, о влиянии климата и прочих природных условий на жизнедеятельность и сам облик живых организмов (особенно растений) и т. д. Все эти соображения, безусловно мудрые и верные, сами по себе еще не могут считаться началом новой дисциплины: из них неясно, каким образом можно было бы учесть все эти влияния, связи и взаимодействия, чтобы получить научный результат – новое нетривиальное знание.

Тем не менее к моменту появления слова «экология» уже существовал некоторый корпус работ, содержавших это новое знание. Еще в 1792 году великий химик Антуан Лавуазье ввел представление о круговороте элементов в природе, движимом деятельностью живых организмов, и описал в общих чертах круговорот углерода. Жан Батист Ламарк и независимо от него Александр Гумбольдт пришли к концепции биосферы. Тот же Гумбольдт в первые годы XIX века ввел представление о широтных (географических) и вертикальных климатических зонах, характеризующихся определенным составом растительности и признаками самих растений. Почти тогда же вышел знаменитый трактат Томаса Мальтуса о народонаселении – правда, сам его автор полагал, что пишет не о природе, а о человеческом обществе, но именно это сочинение ввело в поле зрения науки проблемы экологической емкости среды, ограниченности ресурсов, динамики численности популяций и т. п. В значительной степени под влиянием идей Мальтуса бельгийский математик П. Ф. Ферхюльст в 1838 году предложил формулу так называемой логистической кривой, описывающей рост популяции в условиях ограниченного количества ресурсов (правда, эта работа оставалась почти незамеченной более 80 лет, пока формулу Ферхюльста не переоткрыл американский эколог Реймонд Перл), а чуть позже знаменитый химик Юстус Либих ввел представление о «лимитирующем факторе»: если численность и/или продуктивность популяции зависит от многих ресурсов, то определять их будет тот ресурс, объем которого минимален; прибавка же любого другого ресурса ничего не даст. Таким образом, к моменту выхода книги Геккеля в естествознании сложился не только довольно значительный массив эмпирических данных о взаимоотношениях организмов с окружающей средой, но и определенный понятийный аппарат, с помощью которого эти данные можно было попытаться описать, и даже первые успешные примеры такого описания. Таким образом, эта область и в самом деле дозрела до оформления в самостоятельное направление исследований – о чем и заявила во всеуслышание устами Геккеля.

Впрочем, и после появления слова «экология» становление новой науки пошло ненамного быстрее – хотя еще до конца XIX века теоретический аппарат экологии обогатился понятием «биоценоз», введенным в 1877 году немецким зоологом Карлом Мебиусом, а арсенал ее методов – первыми попытками непосредственно измерить биомассу и продуктивность определенной экологической группы организмов (планктона). С другой стороны, о необходимости создания такой науки писали очень многие ученые того времени – предлагая для нее собственные названия. Так Исидор Жоффруа Сент-Илер (сын знаменитого Этьена Сент-Илера – одного из создателей сравнительной анатомии) предлагал назвать эту дисциплину «этологией» (позже это имя закрепилось за совсем другой наукой – о поведении животных и принципах его организации), русские ботаники Сергей Коржинский и Иван Пачоский писали о «фитосоциологии» и т. д. Подобный терминологический разнобой свидетельствует скорее об осознанной потребности в новой науке, чем о ее реальном существовании: натуралисты, интересующиеся вопросами экологии, еще не сорганизовались в эффективное научное сообщество. Только с 1910-х годов слово «экология» начинает появляться в названиях научных обществ и научных журналов, в заголовках статей и монографий. Формирование новой дисциплины, растянувшееся на век с лишним, наконец, завершилось.

Впрочем, завершилось ли?

 

Беззаконная наука

Сегодня экология – не просто один из разделов фундаментальной биологии: это едва ли не самая популярная в обществе научная дисциплина. Слово «экология» вольготно чувствует себя в обыденном языке, обозначая не только (и не столько) соответствующую науку, но и ее предмет – окружающую среду и оценку ее состояния («в этом районе ужасная экология»). Приметой нашего времени стали экологические движения и организации, экологические требования и стандарты, экологически безопасные технологии. Невозможно представить себе, чтобы серьезная политическая партия включала в свою программу раздел, посвященный, скажем, неорганической химии, нейрофизиологии или структурной лингвистике – а между тем в развитых странах Европы, кажется, уже не осталось партий, у которых не было бы экологической программы или экологического раздела программы. Слово «экологический» (или его сокращенный вариант «эко-«) ушлые бизнесмены норовят прилепить к чему угодно – от средства для поддержания в рабочем состоянии дачного туалета до нового типа бомбы.

Впрочем, к нашей сегодняшней теме все эти явления прямого отношения не имеют – мы говорим об экологии как о научной дисциплине (и даже более узко – о фундаментальной экологии, не затрагивая ее прикладные направления). В ряду других академических наук экология выглядит, может, не столь исключительно, но тоже весьма впечатляюще. Число кафедр и факультетов, лабораторий и институтов, учебных курсов, конференций, специализированных журналов, а главное – проводимых исследований не оставляет сомнений в том, что экология сегодня стала одной из самых мощных и важных для общества естественных наук. Не обходят ее стороной и популяризаторы науки.
Но спросите любого образованного, но не связанного профессионально с экологическими исследованиями человека, каких великих или хотя бы крупных ученых-экологов он знает – в ответ в лучшем случае назовут имя Вернадского, чаще же – кого-нибудь из популярных телеведущих или общественных деятелей. Спросите, какие фундаментальные законы действуют в экологии, какие теории формируют ее основу, какие неожиданные и важные открытия были сделаны в этой науке за все время ее существования – ответы будут еще более скудными и/или далекими от реальности.

Возможно, в этом нет ничего особенного: в ХХ веке передний край фундаментальных наук окончательно ушел за пределы видимости для непосвященных. Сегодня даже образованный и любознательный, но не работающий в конкретной научной области человек может не только слыхом не слыхать о самых актуальных проблемах и теориях данной дисциплины, но и попросту не понять их сути, даже если ему их изложить – не говоря уж о том, чтобы оценить аргументы сторон. Беда в том, что примерно так же на эти вопросы ответит и большинство биологов, в студенческие годы успешно сдавших экзамен по экологии. Если спросить собственно профессиональных экологов, то классиков своей науки они, конечно, назовут (хотя набор великих имен будет, вероятно, очень сильно различаться в зависимости от того, какими вопросами занимается и к какой научной школе принадлежит сам спрошенный ученый). Но вопрос об общих законах и базовых теориях, скорее всего, вызовет у них некоторое смущение. Мол, законы-то, конечно, есть, они изложены во всех учебниках, да только... как бы это поделикатнее сказать?.. в общем, они не универсальны. Проще говоря, для каждого экологического «закона» можно отыскать целый ряд случаев, в которых он нарушается – да так, что не спасает никакое уточнение формулировки.

Скажем, есть известный закон трофической структуры экосистем: суммарная биомасса каждого следующего (более высокого) трофического уровня гораздо меньше суммарной биомассы предыдущего. Иными словами, совокупный вес тех, кто ест, должен составлять лишь небольшую часть от веса тех, кого едят. Обычно это излагается как о «правило 10%»: биомасса каждого следующего уровня примерно вдесятеро меньше биомассы предыдущего, т. е. составляет около 10% от нее.

Что само это соотношение не может быть строго количественным, как физические законы, нетрудно догадаться, даже не проводя специальных исследований. Скажем, во многих наземных экосистемах самый верхний «этаж» пищевой пирамиды занимают крупные кошачьи – тигр, леопард, ягуар и т. п. создания. Однако на индонезийских островах Комодо и Флорес крупных кошек нет, а их роль в экосистеме занимает гигантский варан. Как и все современные рептилии, комодский варан – существо холоднокровное, он не тратит энергию на поддержание постоянной температуры тела, и потому для нормального существования ему нужно в десятки раз меньше пищи, чем потребовалось бы теплокровному хищнику того же веса, охотящемуся на тех же кабанов и оленей. (Собственно, именно это и делает возможным существование уникальных островных экосистем: на маленьких островах популяции копытных слишком малочисленны, чтобы на них могла прокормиться устойчивая популяция тигров или леопардов, а вот для поддержания устойчивой популяции огромных ящериц их хватает.) Понятно, что соотношение биомасс копытных и питающихся ими хищников на Комодо и Флоресе будет совершенно иным, чем на соседних крупных островах.

То, что конкретные соотношения биомасс соседних уровней могут очень сильно – в разы – отличаться от сакраментальных 10%, экологам было ясно практически с самого начала. Но сама пирамидальная структура трофических уровней казалась не подлежащей сомнению. Конечно, на более высоком уровне суммарная биомасса должна быть гораздо меньше, чем на предыдущем: ведь ей попросту неоткуда там взяться, кроме как с предыдущего уровня. При этом потребитель не может превратить всю поглощенную еду в собственную плоть: львиную долю съеденной органики придется «сжечь» – окислить до углекислоты и воды, чтобы покрыть собственные энергетические расходы, а какая-то часть еды неизбежно пойдет в отходы. Поэтому биомасса верхнего уровня не может быть не только больше биомассы нижнего, но даже равной или близкой к ней.

Тем не менее и в такой, «качественной» формулировке этот, казалось бы, очевидный закон тоже оказался не универсальным. Во многих водных экосистемах масса фитопланктона (мелких, в основном одноклеточных водорослей, которые и являются главными производителями органики в этих системах) оказалась меньше массы его поедателей – зоопланктона. При более тщательном анализе выяснилось, что важно не столько абсолютное значение массы, сколько скорость ее прироста: за счет более быстрого роста и размножения фитопланктон успевал восстанавливать потери, наносимые поедателями. В каждый конкретный момент времени его было немного, но суммарная биомасса, произведенная им, допустим, за год, в несколько раз превышала биомассу, произведенную за то же время питающимися им организмами.

Может быть, следует просто изменить формулировку: вместо суммарной биомассы ввести туда продуктивность, т. е. производство биомассы в единицу времени? Но вот другой пример: систематические измерения обилия различных животных в определенном районе западной Атлантики показали, что биомасса крупных хищных креветок-акантефир значительно (в некоторые годы – в 6 – 7 раз) превышает биомассу их основных жертв – более мелких планктонных рачков калянусов. Здесь действует совсем другой механизм: именно в этом районе в теплые воды Гольфстрима, в которых живут акантефиры, врезается с севера Лабрадорское течение, несущее холодную воду из Арктики. Принесенные им калянусы, неожиданно попав из воды с температурой около нуля в 16 – 17-градусную, получают тепловой шок, теряют подвижность и становятся легкой добычей акантефир. Т. е последние кормятся фактически за счет ресурсов «чужой» – арктической – экосистемы, непрерывно поставляемых в этот район гигантским конвейером Лабрадорского течения. Ведь экосистемы – образования незамкнутые, перенос массы и энергии возможен не только внутри каждой из них, но и между ними.

Не будем сейчас выяснять, как же в таком случае выделять границы экосистем и что можно считать критерием целостности и самостоятельности экосистемы (чуть ниже мы увидим, что с подобными общетеоретическими вопросами дела в экологии вообще обстоят довольно необычным образом). Мы взяли «правило 10%» просто как типичный пример экологического закона: положения, вроде бы прямо вытекающего из здравого смысла, фундаментальных законов природы (в данном случае – закона сохранения вещества) и определений входящих в них понятий. При этом такое положение носит чисто качественный характер, а в ряде случаев может прямо нарушаться – причем механизмы нарушения могут быть разнообразными, так что мы не можем ни предположить, насколько часты будут такие случаи, ни указать какой-то их общий признак (т. е. сформулировать пределы применимости «закона»). Так же обстоит дело и с другими наиболее общими экологическими законами – например, законом конкурентного исключения Гаузе (недаром эти положения в последние десятилетия предпочитают именовать «правилами» или «принципами», а не законами). В других случаях «законы» представляют собой просто некие математические модели того или иного экологического процесса – удобные, изящные, также основанные на разумных общих соображениях, но применимые лишь к некоторым специальным (и, как правило, нечасто встречающимся в природе) ситуациям. Так, например, говорят, что популяция, не ограниченная нехваткой какого-либо ресурса, растет по экспоненциальному закону, что в системе «хищник – жертва» численность обоих видов изменяется по периодическому закону (правда, лишь в том случае, если численность каждого из них зависит только от численности другого и ни от чего больше) и т. д. Понятно, что в подобных случаях слово «закон» означает лишь указание на вид функции, которой более или менее соответствует динамика некоторого процесса.

Недавно ушедший из жизни крупнейший российский эколог профессор Алексей Гиляров прямо говорил о том, что общие законы (в том смысле, в каком это слово принято понимать в естественных науках) в экологии отсутствуют, а положения, которые принято называть «законами экологии», носят крайне общий характер и представляют собой либо попытки применить к экологическим понятиям представления, «импортированные» из других дисциплин (законы термодинамики, экономические модели, эволюционные соображения и т. п.), либо некоторые простые правила популяционной динамики. А если попытаться поискать «законы экологии» в интернете, то среди тех текстов, где содержание этого понятия хоть как-то раскрывается, наиболее частыми будут ссылки на полушуточные «четыре закона Коммонера»: «все связано со всем», «все должно куда-нибудь деваться», «природа знает лучше» и «ничто не дается даром». При всем остроумии этих формулировок рассматривать их как основу для содержательного описания экологических явлений и процессов, мягко говоря, затруднительно.

 

Совмещение несовместимого

Отсутствие общих законов (по крайней мере, если понимать под ними строгие количественные соотношения) само по себе еще не означает отсутствия общих теорий. Хорошо это или плохо, но далеко не все науки математизированы в такой же (или сопоставимой) степени, как физика. Можно назвать немало глубоких и красивых научных теорий, которые либо вообще не включают в себя четких количественных соотношений, либо эти соотношения появились много позже самой теории – как результат ее уточнения и формализации. Ярчайший пример – дарвиновская теория эволюции.

«Специфика экологии такова, что в ней нет строгой теории, аналогичной той, что существует, к примеру, в физике. Теоретическая основа современной экологии – мягкая и гетерогенная, состоящая из разных концепций, порой связанных между собой довольно слабо», – пишет по этому поводу профессор Гиляров. В результате часть бытующих в современной экологии концепций, даже вроде бы относящихся к одному и тому же предмету, не имеют точек соприкосновения, непереводимы на язык друг друга. Но и в тех случаях, когда концепции прямо противоречат друг другу, они могут десятилетиями существовать в науке одновременно. В какие-то периоды их сторонники обсуждают свои работы только в своем кругу, словно бы не замечая существования альтернативного взгляда на ту же проблему, в другие – вступают друг с другом в жаркие баталии. Но обычно эти баталии ничем не кончаются: ни одна из соперничающих точек зрения не утверждается в качестве общепризнанной теории, но ни одна и не сходит окончательно со сцены, переходя в ведение истории науки. Кажется, за всю историю экологии в ней так и не было ни одной опровергнутой теории, ни одного случая «убийства прекрасной Теории отвратительным Фактом» (которое, согласно известному высказыванию Томаса Хаксли, составляет основу сюжета «научной трагедии»). Если какие-то идеи и гипотезы, некогда популярные, перестают обсуждаться в текущей литературе и использоваться для интерпретации фактических данных, то не потому, что они оказались несостоятельными, а просто потому, что они вышли из моды. «Складывается парадоксальная ситуация, – пишет профессор Гиляров, – когда формально все правы, а как на самом деле происходит в природе – никто не знает».

Примером такой «парадоксальной ситуации» может служить концепция сообщества, играющая особенно важную роль в экологии растений (а также сидячих морских животных и некоторых других групп). В очень упрощенном виде суть ее можно изложить следующим образом: набор растений, растущих в каждом конкретном месте, не случаен. Помимо физико-химических условий (климат, состав почвы, режим увлажнения и т. п.) он определяется еще и различной способностью растений терпеть соседство друг друга и успешно расти в таком соседстве. Растение, даже очень стойкое к любым неблагоприятным физическим факторам, но не «притертое» к данному сообществу, если случайно и вырастет в нем, не сможет существовать там стабильно и тем более – воспроизводиться из поколения в поколение, оно будет постепенно выпадать и в конце концов исчезнет совсем. Например, всем знакомая лебеда способна расти не только практически на любых почвах, но даже в неровностях кирпичной стены, устойчива к засухе, переувлажнению, засолению. Но вы никогда не встретите ее на лугу и вообще в таком месте, где есть сплошной травяной покров – разве что там, где кто-то что-то копал.

Концепция сообщества вошла в самое ядро экологических представлений, служит фундаментом для других концепций – например, для идеи сукцессии, т. е. закономерной смены состава растительности на некотором участке по мере его зарастания и формирования на нем устойчивого сообщества. И едва ли не все это время подходу, основанному на идее сообщества, противостоит «индивидуалистический» подход: сообщество – не более, чем совокупность организмов, попавших в одно место и нашедших там подходящие условия для обитания. Соответственно, никаких сколько-нибудь определенных границ между разными сообществами выделить обычно нельзя: поскольку вероятность присутствия каждого конкретного вида растений в конкретном месте никак не зависит от присутствия там других видов, состав растительного покрова изменяется в пространстве плавно. А то, что мы выделяем как «типичный сосняк-черничник» или «типичный заливной луг», – такая же условность, как выделение семи отдельных цветов в заведомо непрерывном спектре.
Оба подхода с давних пор сосуществуют в теоретической экологии – иногда вступая в полемику, иногда игнорируя друг друга. В какой еще естественной науке возможна такая ситуация – причем сложившаяся не вокруг какой-то маргинальной или узкоспециальной проблемы, а вокруг одного из самых общих и фундаментальных понятий данной дисциплины?

Правда, «индивидуалисты» практически всегда были в явном меньшинстве, а в последнее время эта точка зрения имеет совсем мало сторонников. Но не потому, что обнаружены какие-то факты, достаточно убедительно подтверждающие «ортодоксальную» точку зрения или опровергающие «еретическую», а в основном потому, что в «ортодоксальной» парадигме работать удобнее. Если сообщества реальны, то научный сотрудник может изучать те или иные существенные характеристики, скажем, ельника-зеленомошника – и если он качественно сделает свою работу, все, кого интересует экология таких или сходных сообществ, будут опираться на его данные (и между прочим, ссылаться на них – что в наше время имеет прямые последствия для научной карьеры). С другой стороны, и сам он при планировании исследования, а затем при осмыслении полученных результатов может опираться на все, что уже известно о сообществах такого типа. А если сообщества – это произвольно выделенные участки растительности, то сопоставление результатов той или иной конкретной работы с другими данными – как более ранними, так и последующими – становится весьма нетривиальной задачей.

Эта логика героя анекдота, ищущего потерянный ключ не там, где он его потерял, а там, где светлее, еще нагляднее видна в совсем недавнем сюжете, связанном с другим фундаментальным понятием экологии – «экологической нишей». Согласно общепринятым – не только в экологии, но и в фундаментальной биологии в целом – представлениям, каждый вид живых существ занимает уникальное место в «экономике природы» – экологическую нишу. Она определяется не только тем, что ест данный вид и кому он сам служит пищей, но всеми характерными особенностями его биологии: временем активности в течение суток, гнездованием в дуплах или на ветках и т. д. вплоть до способности гекконов ходить по потолку. Экологические ниши обитающих на одной территории видов могут сильно перекрываться, но не должны совпадать полностью.

Однако применить это понятие к растениям оказалось непросто. «Пища» у них у всех одна и та же: солнечный свет, углекислота из воздуха, почвенная вода с минеральными веществами; способ ее «добычи» тоже более-менее одинаков. Конечно, разные растения растут в разном климате, на разных почвах, по-разному переносят засуху, засоление, мороз и т. д. Но вот, скажем, растения с одного луга или болота – они-то чем отличаются в смысле экологии? Особенно вызывающе в этом отношении выглядит тропический лес, на одном гектаре которого могут расти сотни видов деревьев, причем все в одном ярусе.

Лет 15 назад американский эколог Стивен Хаббелл попытался разрубить гордиев узел этой проблемы. Согласно предложенной им «теории единообразной нейтральности», в тропическом лесу деревья всех видов занимают одну и ту же нишу и экологически совершенно эквивалентны друг другу – как в смысле требований к внешним условиям, так и в смысле воздействия друг на друга. По сути это означало отказ от концепции экологической ниши – по крайней мере, применительно к деревьям тропического леса.

Мы уже писали кратко о гипотезе Хаббелла, о тех теоретических трудностях, которые она порождает, и о некоторых противоречащих ей фактах (см. «Теоретические дебри» – «Знание – сила» , 2012). Есть и другие факты, говорящие против нее: выяснилось, например, что в лесах Центральной Америки вероятность выживания древесного проростка заметно ниже, если он вырос рядом с деревом своего вида, причем этот эффект у редких видов выражен сильнее, чем у массовых. Это прямо противоречит центральному тезису Хаббелла об одинаковости взаимодействия деревьев независимо от видовой принадлежности. Тем не менее популярность теории «нейтрализма» не уменьшается. Причина проста: нейтралистский подход сильно облегчает создание компьютерных моделей экосистем и работу с ними. Если все деревья равны друг другу, то не нужно мучиться с моделированием роли сотен видов и их сложных взаимоотношений. Можно ввести в модель всего одно «дерево» – в нужном числе экземпляров, но с универсальными характеристиками. То есть успех теории обеспечивает не ее соответствие фактам и даже не вытекающая из нее программа исследований, а просто ее техническое удобство в работе.

Вообще говоря, «поиск под фонарем» встречается в современной науке гораздо чаще, чем принято (и хотелось бы) думать. С другой стороны, «агрегировать» переменные в компьютерных моделях можно и без подведения под эту процедуру глубокого теоретического обоснования. Задолго до появления теории Хаббелла, с самого начала компьютерного моделирования экосистем авторы моделей вводили в них не отдельные виды, а целые большие блоки: «фильтраторы», «травоядные», «фитопланктон» и т. п. – во-первых, потому, что никто не мог точно сказать, чем отличаются друг от друга экологические характеристики составляющих эти группы видов, а во-вторых, потому что если бы даже это было известно, никакой компьютер не «прожевал» бы модель с таким числом взаимозависимых переменных. (Вообще компьютерное моделирование и та необычайная роль, которую оно играет в фундаментальной экологии, требуют отдельного разговора.)  История нейтрализма удивительна другим: новая теория (по каким бы причинам она ни была принята) словно бы и не пытается вытеснить и заменить старую. Все теоретические построения, основанные на идее экологической ниши, остаются в силе, а модели при этом строятся на основе нейтрализма, постулирующего, что экологических ниш нет.

 

Слон и слепые мудрецы

«Современная экология – это  гетерогенная («рыхлая») наука, в которой сосуществуют разные подходы к одним и тем же проблемам; которая не спешит избавиться от груза исторически обусловленных предрассудков; в которой нет унифицирующей, объединяющей теории... Экологи из рук вон плохо планируют свои исследования. Экологи панически боятся выдвигать фальсифицируемые гипотезы – гипотезы, которые в принципе могут быть опровергнуты. Экологи боятся выдвигать и альтернативные гипотезы – гипотезы, проверка которых смогла бы выбрать одну из двух альтернатив. «Плюрализм» экологии (параллельное существование порой диаметрально противоположных концепций) – свидетельство толерантности научного сообщества или свидетельство элементарной неразвитости науки?» – пишет о своей науке профессор Гиляров. Размышляя о причинах такого положения, он обращает внимание на то, что «у экологии тяжелое наследство, которое она должна тащить на своем горбу: естественная история. По меткому выражению Мишеля Фуко, естественная история есть «называние видимого». Но если экология – это серьезная современная наука, она должна стремиться к тому, чтобы «выявлять скрытое».

Здесь, как мне кажется, необходим серьезный комментарий. Преемственность экологии по отношению к «естественной истории» – своеобразной области знания, до самого конца XIX века объединявшей зоологию, ботанику, геология, отчасти физическую географию и ряд других ныне самостоятельных дисциплин, дополняя их изрядными дозами натурфилософии и беллетристики – не подлежит сомнению. Кажется даже символичным, что термин «экология» придумал и ввел в оборот не кто-нибудь, а именно Эрнст Геккель – самый яркий представитель именно «естественноисторического» стиля мышления во второй половине XIX века, когда этот стиль уже выходил из моды.

Трудно не согласиться и с тем, что «называние видимого» занимает в экологии необычайно большое для современной научной дисциплины место (хотя вообще-то операции такого рода присутствуют во всех науках). Человеку, приступившему к изучению экологии, она обычно довольно долго представляется бесконечным перечислением терминов: продуценты-консументы-редуценты; хищничество-паразитизм-комменсализм-мутуализм; монофаги-стенофаги-эврифаги; виоленты-патиенты-эксплеренты... Кажется, что вся эта наука сводится к списку факторов, по отношению к которым живые существа можно разделить на разные категории, и списку этих категорий для каждого фактора. Что кроме этого ничего в ней и нет.

Но ведь из естественной истории выросла не только экология, но и большая часть современной биологии и едва ли не все науки о Земле. Все они в свое время получили сходное наследство, и если сегодня они не выглядят придавленными его грузом, значит, оно не так уж непреодолимо. С другой стороны, на счету современной экологии не так уж мало «выявленного скрытого» – неочевидного и даже контринтуитивного знания, которое не могло быть извлечено просто из наблюдений и измерений, а требовало глубокой теоретической работы. К таким формам знания относится, например, вышеупомянутая концепция экологической ниши – оказавшаяся чрезвычайно плодотворной не только в экологии, но и в других областях биологии (в частности, в эволюционной теории). Параметры экологической ниши нельзя прямо измерить или вычислить, тем не менее эта концепция позволяет многое понять в том, что происходит в природе. В ряде случаев из такого теоретико-экологического знания следуют вполне проверяемые и при этом весьма нетривиальные выводы. Например, то, что для существования травяных биоценозов (лугов, степей, саванн и т. д.) совершенно необходимы поедатели травы – копытные; их отсутствие даже более опасно для поедаемых ими растений, чем их чрезмерное обилие. Так что странное состояние экологической теории нельзя полностью списать ни на незрелость экологии как науки, ни на наследие естественной истории. Тогда чем же его можно объяснить?

Первое напрашивающееся объяснение – огромное разнообразие явлений, изучением которых занимается экология. Конечно, можно возразить, что разнообразие самих живых организмов тоже очень велико: одних только животных сегодня известно почти два миллиона видов, и специалисты полагают, что это лишь небольшая часть их реального разнообразия. Тем не менее в современной биологии существуют теоретические положения, справедливые для всех форм жизни.

Но живые организмы при всем своем разнообразии имеют нечто общее. Все они имеют «программное обеспечение» – гены и сами являются результатом реализации программ, входящих в их геном. Более того, все эти программы написаны одним и тем же языком и на одном и том же материальном носителе – полинуклеотидах. Един в своей основе и механизм, порождающий и изменяющий эти программы, – естественный отбор. Наконец, в основе всех форм жизни лежит универсальная структурная единица – клетка. И нетрудно заметить, что все успехи теоретической биологии, все красивые и строгие теории, справедливые для всех живых существ (или для всех, кто обладает определенными свойствами) относятся именно к этим аспектам, общим для всего живого. А те стороны жизни, которые не определяются однозначно этими универсальными механизмами (ну хотя бы та же морфология), не имеют и общих законов. Сегодня, как и сто лет назад, мы не можем сказать, чем, кроме чисто физических законов, ограничено разнообразие форм живых организмов.

Но у объектов экологии – популяций, сообществ, экосистем – есть только одна общая черта: все они образованы живыми существами. Это, конечно, налагает на них определенные ограничения, но общих законов их устройства и функционирования из этого не выведешь – как нельзя из физико-геометрических свойств кирпича вывести архитектурные стили и ихэволюцию. Даже казавшееся очевидным и незыблемым положение, что все экосистемы прямо или косвенно существуют за счет солнечного света, оказалось не универсальным: сегодня известны экосистемы, никак не связаны с Солнцем – например, сложившиеся вокруг «черных курильщиков» (гидротермальных источников на океанском дне). При таком разнообразии объектов (пределы и ограничения которого нам неизвестны) любые обобщения скорее всего будут относиться лишь к части известных случаев – что мы и наблюдаем в экологии.

К этому можно еще добавить, что устройство сообществ и экосистем разительно непохоже на любые творения человеческого ума и рук – аналогия с которыми часто используется учеными, занятыми исследованием сложных систем. Конечно, живые организмы и их структуры тоже не созданы разумным конструктором. Но там нас часто выручает принцип функциональности: зная, для чего предназначена та или иная структура (глаз – для зрения, крыло – для полета и т. п.) или какой образ жизни ведет то или иное существо, мы можем надеяться разобраться и в их устройстве. (Правда, этот путь изобилует специфическими ловушками мысли, но о них разговор отдельный.) Применять же этот подход к экосистемам неизмеримо сложнее: сами они не имеют никакого предназначения, входящие же в них виды не очень жестко связаны со своими экологическими ролями. В результате ученые, изучающие экосистемы и общие законы их функционирования, невольно оказываются в роли героев индийской притчи – слепых мудрецов, пытающихся на ощупь определить облик слона.

Все это и определяет те особенности экологии, о которых шла речь в этой статье. Сегодня трудно сказать, являются ли такое «устройство» этой науки неизбежным и заданным особенностями самого ее предмета или отражает лишь то, что мы пока не нашли адекватного языка для теоретического описания экологических явлений и процессов. В любом случае экология сама представляет собой трудный, но чрезвычайно интересный объект для философии и методологии науки.

 

 

 

 

Источник: «Знание – сила», №10, 2016 ,








Рекомендованные материалы


25.09.2018
Наука

Дурная наследственность. Часть 4

От сторонников разного рода паранаучных направлений – «энерго-информационных» и торсионных полей, «памяти воды», гомеопатии, экстрасенсорики, экзотических терапий и прочей отвергаемой современной наукой премудрости – часто приходится слышать в качестве аргумента «ладно-ладно, генетику-кибернетику тоже в свое время не признавали!».

19.09.2018
Наука

Дурная наследственность. 3 часть

Например, в Германии господство нацистов продолжалось всего 12 лет, да и степень насилия над наукой (по крайней мере, в естествознании) была куда меньшей. Однако несмотря на огромные и достаточно грамотные усилия государства и общества послевоенной Германии немецкая наука так и не вернула себе то место в мире, которое она занимала до периода нацизма.