Шон Кэрролл - Закон «джунглей»

В 2010 г. у Джанет Роули диагностировали рак яичников. В ходе лечения она отправляла коллегам для изучения результаты биопсии и другие образцы своей опухоли. Но 17 декабря 2013 г. она умерла от осложнений. Роули заранее распорядилась о своей аутопсии, чтобы исследователи могли изучить, как прогрессировала ее болезнь.

В эпиграфе к этой главе я поставил цитату из Герберта Уэллса о том, что поможет нам победить рак. Но я пропустил предыдущее предложение из диалога, который присутствует в его романе «Накануне»: «Рак будет искоренен спокойными, неторопливыми, настойчивыми мужчинами и женщинами, которые, зажав в кулак все чувства и эмоции, будут работать в больницах и лабораториях».

Ученых, сделавших важнейшие шаги в борьбе с раком, не назовешь неторопливыми, кроме того, они не обуздывали и не подавляли в себе сострадание и прекрасно понимали неотложность действий…

Мы обсудили законы и логику, регулирующие количество определенных молекул и клеток в теле, поговорили о катастрофических последствиях, возникающих при нарушении этих законов. Кроме того, мы увидели, как глубокое знание конкретных законов помогает лечить больных. Теперь я перейду к законам регуляции, действующим в значительно более крупных масштабах – на уровне популяций животных и растений, расскажу, как знание этих законов помогает «вылечить» нездоровые виды и экосистемы.

Основной вопрос был сформулирован Чарльзом Элтоном (глава 2): как регулируется количество и разнообразие животных и растений?

Возьмем, например, великий парк Серенгети. Его биоразнообразие просто поразительно: здесь обитают свыше 70 видов млекопитающих, более 500 видов птиц и целых 100 видов различных навозных жуков. Среди этих животных встречаются редчайшие (дикие собаки), самые быстрые (гепард), самые крупные (африканский слон) и самые многочисленные (гну).

Какие законы регулируют численность столь разных существ?

Хотя на свете и не найти лучшего места, чем Серенгети, но, чтобы оценить масштабы этого вопроса, лучше обратиться к тем местам, где проще сформулировать некоторые основные законы. Искусство биологии – найти простейшую модель феноменов, которые требуется понять – так, как это делали ученые-первопроходцы из предыдущих глав, работая с ферментами или опухолевыми вирусами, – и проводить тщательно контролируемые эксперименты, в каждом из которых работаешь с одной переменной. Богатство бескрайнего нетронутого Серенгети неудобно с научной точки зрения, поскольку очень сложно (но не невозможно) поставить контролируемый эксперимент с мигрирующими гну, львиными прайдами, слоновьими стадами.

Конкретные законы управляют уровнем холестерина и клеточным ростом – есть и два хороших способа открывать такие законы, регулирующие состояние диких популяций. Находишь систему, правила которой можно нарушить экспериментально, и смотришь, что получается, либо находишь ситуацию, в которой система (в данном случае – экосистема) нарушена, и определяешь, почему это произошло.

Чтобы идентифицировать некоторые законы, регулирующие состояние популяций, я сначала расскажу о прорывных открытиях, сделанных в разных частях мира (глава 6), затем исследую, как эти и еще некоторые законы действуют в великом Серенгети (глава 7). Затем я опишу некоторые места, где эти законы были нарушены (глава 8), и расскажу о титанических усилиях, призванных восстановить целые экосистемы (главы 9 и 10).

Ученые-первопроходцы, о которых мы поговорим, открыли набор экологических законов, удивительно схожих с физиологическими законами, описанными выше. На самом деле я специально сначала познакомил вас с положительной и отрицательной регуляцией, законом двойного отрицания и регуляцией по принципу обратной связи на молекулярном уровне. Вам предстоит оценить силу этих законов в грандиозных масштабах.

Уже в 1963 г. в США требовалось забраться в самую глушь, чтобы найти не потревоженный человеком уголок. После изрядных поисков Роберт Пэйн, новоиспеченный ассистент-профессор зоологии из Вашингтонского университета (Сиэтл), обнаружил многообещающее местечко на самой северо-западной окраине континентальной части США. Отправившись вместе со студентами в экспедицию по тихоокеанскому побережью, Пэйн очутился в бухте Муккоу на самом кончике полуострова Олимпик. Изрезанная береговая линия, вдоль которой простирались песчаный и гравийный пляжи, была обращена к открытому океану, повсюду виднелись большие скальные выступы. Пэйн открыл среди скал процветающую экосистему. Приливные заводи были полны разноцветных созданий: зеленых морских анемонов, фиолетовых морских ежей, розовых водорослей, ярко-красных тихоокеанских морских звезд, а также губок, блюдечек и хитонов. На каменных склонах отлив обнажал полосы мелких морских желудей и крупных стебельчатых морских уточек. Дно было усеяно черными калифорнийскими мидиями, среди которых попадались очень крупные фиолетовые и оранжевые морские звезды Pisaster ochraceus .

«Ух ты, вот что я искал», – подумал он.

Рис. 6.1

Оранжевая морская звезда Pisaster ochraceus на скалистой литорали, тихоокеанское побережье. Морские звезды охотятся на мидий, благодаря чему другие организмы, в частности бурые водоросли и мелкие животные, также находят себе место в этом сообществе

Снимок публикуется с разрешения Дэвида Коулза rosario.wallawalla.edu/inverts

На следующий месяц, в июне 1963 г., он вновь отправился в четырехчасовое путешествие к Муккоу из Сиэтла: пересек залив Пьюджет-Саунд на пароме, потом поехал по берегу пролива Хуан-де-Фука, ступил на землю племени макахов и, наконец, добрался до бухты Муккоу. Во время отлива он вскарабкался на скалистый выступ. Затем, вооружившись багром и приложив все силы (а ростом Пэйн был под два метра), он сдвинул с мест всех фиолетовых и оранжевых морских звезд, до которых мог дотянуться, а затем прогнал их подальше в бухту.

Так начался один из важнейших экспериментов в истории экологии.

Путь Пэйна к бухте Муккоу и ее морским звездам был долог и непрост. Пэйн родился и вырос в городе Кембридж, штат Массачусетс. Назвали его в честь предка, Роберта Трита Пэйна, одного из тех, кто подписал Декларацию независимости США. Юный Пэйн полюбил природу, гуляя по лесам Новой Англии. Больше всего ему нравилось наблюдать за птицами, впрочем, за бабочками и саламандрами – не меньше. В эти частые вылазки – поглазеть на птиц – Пэйн отправлялся в компании с соседом, настаивавшим, что нужно подробно записывать, каких птиц они заприметили. Это была хорошая тренировка, и Пэйн настолько поднаторел в наблюдении за птицами, что вскоре стал самым молодым членом элитного Наттоловского орнитологического клуба.