Герман Осипов
Багровое солнце медленно укатывалось за горизонт, оставляя на облаках вечернего неба ярко-красные отсветы. Одинокий путник неспеша вышел из леса и направился к развалинам некогда величественного здания. Человек был одет в высокие черные кожаные сапоги, потертое запыленное пальто коричневого цвета и широкополую шляпу. Рот и нос закрывал черный платок, в углу которого золотистыми нитками было вышито имя владельца: Гаррет.
Гаррет был один из немногих исследователей пустошей, предпочитавших передвигаться в одиночку. Обычно для исследования давно заброшенных территорий снаряжались довольно внушительные группы, минимум человек 20, однако ученых из этих 20 едва набралось бы пятеро: остальные шли в качестве охраны. Гаррет же представлял собой некую «комбинацию» ученого и солдата – для необходимых записей он таскал с собой портативный наручный компьютер, в рюкзаке всегда были пустые контейнеры, в которые при необходимости помещались образцы почвы, растений и мелких животных, а в случае опасности на помощь мог придти уже пристрелянный плазменный автомат.
Тем временем исследователь уже подошел к развалинам и проследовал внутрь. Помещение представляло собой огромный круглый зал метров 50 в диаметре. В центре стояли столы (или, во всяком случае, то, что когда-то было столами), а по окружности зала были расположены книжные шкафы, которые поднимались на полтора десятка метров в высоту; зал оказался библиотекой. Книги были отсортированы по категориям: геология, медицина, математика… Гаррет миновал несколько стеллажей и оказался перед полками, рядом с которыми под слоем пыли виднелась надпись «Биология». Он схватил первую попавшуюся книгу и раскрыл ее. Часть книги вместе с обложкой была оторвана, поэтому имени автора, как и названия, нигде указано не было. Страницы были пожелтевшими и потрепанными, видно, что их перелистнула не одна сотня рук. То тут, то там, на полях и между строк виднелись полустертые пометки простым карандашом. Почерк почти везде был разный, что еще раз доказывало востребованность книги, по крайней мере, в определенных кругах людей.
Заголовок на случайно открытой странице гласил: «Борьба за существование». Гаррет решил пробежать глазами несколько строк, но сам не заметил, как зачитался. Надо сказать, знания молодого исследователя в этой теме, как и данные в его портативном компьютере, ограничивались информацией начала второго тысячелетия, ибо более поздних книг он до сих пор так нигде и не обнаружил. Материалов старше 1950 года в цифровом накопителе также не значилось. Начав свое чтение, парень отметил, что, хоть материал и ощутимо более старый, нежели начало 2000-х, однако, в большинстве своем информация, представленная здесь, была изложена правильно и соответствовала общим представлениям в данной области эволюционной биологии. Тогда он решил сразу запустить анализ поступающей информации и оценить полезность книги в целом.
Первым основным моментом в тексте было само определение «борьбы за существование»: это зависимость одного существа от другого, включающая не только жизнь особи, но и успех в оставлении потомства[1]. В принципе, все это можно было бы объединить как «совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды».
Действительно, неправильным было бы сказать, что за существование борются лишь участники взаимоотношения «хищник-жертва». Согласно примерам из книги, в такой борьбе участвуют также и особи одного вида, конкурируя за пищу, территорию и право размножения, и даже особь с природой: к примеру, растение, борющееся с засухой. Таким образом, необязателен даже физический контакт борющихся: в этой борьбе побеждает тот, кто успешно преодолеет неблагоприятные условия и оставит потомство[2]. Причину этой борьбы автор книги видел как-раз-таки в стремлении к бесконечному размножению.
Далее описывалась роль возрастания численности организмов в геометрической прогрессии, которая как раз и являлась одним из основополагающих факторов этой самой «борьбы». Гаррету вспомнился рассказ какого-то старого ученого про то, что ныне правящая на всех заселенных территориях фамилия фон Райер раньше состояла всего лишь из двух человек – Генриха и Элизы. У этой семьи было строгое правило: иметь не больше трех детей, однако спустя столько лет фон Райеры были буквально везде, так что скорой смены власти не ожидалось. Хотя так ли она необходима теперь, когда свободные пустоши составляют 90% поверхности планеты?..
«Кстати говоря, странно, что есть такой хороший пример в человеческом обществе», - пробурчал ученый. – «Насколько я понимаю, борьба за существование должна полностью игнорировать все аспекты социального развития. Главное, чтобы не получилось, как с этими слонами», - подумал Гаррет и усмехнулся. На ум исследователю пришло еще одно семейство: крестьяне по фамилии Стик из небольшой деревушки на севере. Те плодились, как кролики, и населяли абсолютно всю деревню, около трехсот домов. Однако выживало всего чуть больше половины детей: то несчастные случаи, то эпидемии, то не успевали родственники доглядеть за нерадивым потомком – рожают, рожают, а толку? Гаррет отметил, что эти две семьи невероятно точно иллюстрируют определения K- и r-стратегов в современной модели понимания (системе Маклиода-Пианки)[3]. В книжке же не были указаны термины, однако автор все равно описывал виды, которые производят несколько потомков за всю жизнь, и виды, плодящиеся в огромных масштабах. Правильно и логично, что даже несмотря на различное количество рождающихся, до возраста размножения доживает примерно одинаковое число «особей».
Еще немного проштудировав информацию в цифровом накопителе, Гаррет вспомнил про вторую классификацию стратегий выживания – систему Раменского-Грайма[4][5][6]. Еще в 1935 году Раменский разделил все растения на три ценотипа, однако его работу никто не заметил. Зато почти через полвека Грайм переоткрыл эти ценотипы и расширил их на всех живых организмов. Говоря простым языком, три стратегии поведения определялись по названиям трех животных: львов, верблюдов и шакалов. Первые отличались невероятной конкурентоспособностью и агрессивностью при добыче необходимого ресурса. Вторые были невероятно выносливы, а третьи быстро приспосабливались к нарушениям, но были почти неспособны конкурировать. У каждого из этих типов наблюдались свои сильные и слабые стороны. Однако есть и промежуточные типы, которые можно отнести к двум стратегиям сразу. По логике, при определенных условиях смешанные типы могли бы быть более приспособлены, чем строго придерживающиеся конкретной стратегии особи. Этой информации в старой книге не содержалось.
Не менее интересным оказалось и описание препятствий к возрастанию численности: на страницах книги приводились конкретные примеры – начиная с количества необходимых для выживания ресурсов и заканчивая различными климатическими условиями. Здесь невозможно было не согласиться: идеальных условий нигде, а тем более сейчас, нет, но наиболее значимыми факторами являются чрезмерная засушливость или, напротив, очень низкие температуры.
Тем временем солнце уже скрылось за горизонтом, читать при естественном освещении стало невозможно. Исследователь открыл рюкзак и достал оттуда портативный складной светильник. Свет от него был очень ярким и в то же время очень мягким, что позволяло спокойно заниматься чтением. Тут же вокруг стали слетаться различные насекомые, в основном мотыльки.
Вдруг за стенкой послышался странный шелест, и из темноты на Гаррета вылетело нечто внушительных размеров. Сбив светильник, существо на большой скорости врезалось в соседний шкаф и упало рядом. Только лишь парень собрался взглянуть, что же за гость пожаловал в заброшенную библиотеку, как с той же стороны с громким то ли писком, то ли скрежетом ворвалось точно такое же существо и с размаху бросилось на неподвижно лежавшего собрата. Но тот уже не подавал никаких признаков жизни. Агрессор еще немного разочарованно попищал, поскрипел, а затем выпрыгнул в дыру в стене. Подойдя к жертве, Гаррет увидел, что это был мотылек, вроде тех, что до сих пор порхали у лампы, однако намного больше. Размах крыльев составлял около метра, если не больше, длина особи достигала примерно 70 сантиметров. Голова была размером с кокосовый орех, на ней виднелись большие черные глаза и довольно острые жвалы. Очевидно, животное погибло не столько от удара, сколько от многочисленных ран на теле, нанесенных его оппонентом такими же самыми жвалами. Слизь, а точнее, видимо, гемолимфа, уже образовала небольшую лужицу и покрыла часть лежащих на полу книг.
«Какое удачное место», - подумал Гаррет. – «Тут тебе и теория, и практика».
Действительно, далее в книге следовало описание основных типов борьбы. Автор выделял 3: внутривидовую, межвидовую и с абиотическими условиями. Такую же классификацию предоставлял и портативный компьютер исследователя.
Внутривидовая борьба здесь позиционировалась как самая жесткая форма из трех. У представителей одного и того же вида полностью совпадают потребности, ареал, тип необходимой пищи, ну и конкуренцию за право обладания самкой никто не отменял. Кстати, именно за счет последнего пункта данный тип борьбы за существование является наиболее определяющим фактором численности популяции: победители получат больше шансов для увеличения их генетического вклада в развитие последующих поколений.
Согласно данным в цифровой базе, для снижения остроты внутривидовой конкуренции все же есть некоторые приспособления[7]: например, разграничение индивидуальных участков, разграничение различых этапов развития по разным экологическим нишам, сложные иерархические отношения.
С межвидовой борьбой тоже все было не так уж просто: в отличие от внутривидовой конкуренции, в данном случае абсолютных победителей быть просто не могло: если один из борющихся видов вымрет, второму от этого проще жить не станет, даже наоборот, к примеру, если стая волков полностью истребит стадо овец, то им элементарно нечем будет питаться, то бишь волки-победители поставят под угрозу свое существование. И единственным выходом здесь будет только смена вымерших овец какими-либо их конкурентами (уже бывшими конкурентами). Также на экране компьютера высветилась небольшая сноска на принцип конкурентного исключения, сформированный Гаузе: никакие два разных вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.
Однако, если рассмотреть межвидовые отношения в целом, более глубоко, то сюда можно было бы отнести не только конкуренцию, но и взаимовыгодные и односторонне выгодные отношения: в старой книге в качестве примера приводилась зависимость растений (клевера и анютиных глазок) от их единственных опылителей – шмелей.
Наконец, третьим типом борьбы, рассмотренным в книге, была «борьба с абиотическими условиями» или, как значилось в электронном справочнике, «конституциональная борьба». На самом деле, по мнению Гаррета, сей аспект был менее значим, чем два предыдущих, если только не рассматривать крайние случае типа катастроф и т.д., ведь к колебаниям окружающих условий каждый вид относительно приспособлен. Однако какая-либо катастрофа может служить причиной массовой неизбирательной гибели особей, а это, в свою очередь, может привести к дрейфу генов, то есть изменению частоты аллелей в популяции (во всяком случае, об этом упомянуло мигающее окно на экране поративного компьютера). Однако, на пожелтевших страницах книги не был отмечен довольно важный момент: поскольку абиотические условия постоянно меняются с течением времени, то победителем здесь (а точнее, в некой комбинации конституциональной и межвидовой борьбы) будет тот конкурентный вид, который обладает свойством более координировано и надежно адаптироваться к этим самым условиям.
Гаррет перелистнул очередную страницу и обнаружил, что там начиналась следующая глава книги. Что ж, на сегодня работа с пожелтевшими страницами закончена, надо лишь внести правки в проштудированные записи, чтобы примерно определить возраст печатного текста. Парень отложил книгу и прикрыл глаза. Вокруг было очень тихо, только небольшая кучка мотыльков билась о каркас лампы.
Как же все-таки странно: ни с того ни с сего пятьсот лет назад большая часть земли оказалась во власти почти первобытной природы. Загадочная эпидемия выкосила почти все 10 миллиардов людей, оставив лишь каких-то 100 миллионов, которым посчастливилось иметь устойчивость к неизвестному вирусу. Внезапно слух Гаррета привлек какой-то шелест на книжных полках. Подойдя ближе, он увидел мотылька, запутавшегося в необычно большой паутине. Однако ее хозяин то ли умер, то ли не очень спешил на поздний ужин, потому как паука, да еще таких размеров, поблизости видно не было. Исследователь поежился и решил вернуться к работе.
Итак, судя по тому, что в книге абсолютно не упоминалась молекулярная составляющая темы, выходит, что автор ограничивался лишь наблюдением доступных невооруженному глазу вещей. Видимо, во время написания труда было довольно сложно учесть некоторые аспекты изучаемого материала – необходимых методов анализа тогда просто не существовало. Зато теперь Гаррет мог с легкостью дополнить книгу парой замечаний.
Например, интересная гипотеза Черной королевы (в некоторых источниках – Красной), взятая из книги Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье» и которую можно слегка переформулировать на язык эволюционной биологии: «Относительно эволюционной системы виду необходимы постоянное изменение и адаптация, чтобы поддерживать его существование в окружающем биологическом мире, постоянно эволюционирующем вместе с ним»[8]. Как вариант, можно привести пример взаимоотношений «хищник-жертва» или «паразит-хозяин»: в ряду поколений все (ну, или почти все) выгодные признаки будут качественно улучшаться, однако, этому есть предел, устанавливающийся особенностями анатомического и физиологического строения.
Также довольно интересно понятие «коэволюция» - то есть взаимозависимая эволюция двух видов. В качестве примера портативный компьютер настойчиво приводил опыт с нематодой Caenorhabditis elegans, у которой присутствует два пола: самцы и гермафродиты. При самооплодотворении гермафродитов рекомбинации, очевидно, не происходит. Если в популяцию ввести смертельно опасную бактерию, то первые 10 поколений особь будет размножаться, в основном, половым путем (80%), а затем доля такого размножения опять упадет до стандартных ~30%. После взятия бактерий с трупов нематод, погибших в течение суток, и внесения их в исследуемую популяцию, доля полового размножения вновь поднимется до 80%, но впоследствии не снизится, а напротив, через 20 поколений возрастет до 90%. Именно второй случай можно условно назвать «коэволюция». «Если из популяции убирались самцы, и она подвергалась «коэволюции», то она спустя 20 поколений полностью вымирала» - говорилось в источнике[9].
Помимо всего этого, в современных данных Гаррета значилось разделение конкуренции на активную и пассивную[10]. При активной конкуренции борьба позиционировалась как направленные антагонистические отношения за какой-либо ограниченный ресурс, выражающийся в разных формах взаимного угнетения: индивидуальную драки, перекрытие доступа к этому ресурсу и т.д.
Пассивная же состояла в том, что один из видов ухудшал условия существования другого вида со сходными экологическими требованиями без оказания на последнего прямых форм воздействия. При данном типа конкуренции успех определялся биологическими особенностями видов: интенсивностью размножения, роста, использования ресурсов и т.д.
«Ах да», - Гаррет внезапно вспомнил текст еще одной книги по эволюции и взаимоотношениям внутри вида, который он еще не успел внести в цифровую базу. – «Альтруизм!».
И действительно, в только что изученной книге не было ни слова про данный аспект внутривидовых взаимоотношений. Вообще, суть его в том, что особи могут жертвовать своими интересами ради общего блага. Появление и закрепление же этого, казалось бы, феномена, в популяции можно объяснить следующим образом. Разбив приспособленность на два компонента – прямую и расширенную, можно определить первую как вклад собственных аллелей в генофонд конкретной особью, а вторую – как вклад аллелей, идентичных имеющейся у особи. Таким образом, альтруизм может повышать расширенную приспособленность, а степень его проявления прямо коррелирует с родством, именно поэтому на первый план, как правило, выходит забота о собственном потомстве. Наиболее ярко альтруизм проявляется у таких животных как пчелы, муравьи и т.д.[11]
По большому счету, работа с исправлениями была закончена. Гаррет закрыл лицо руками. За сегодня он что-то очень сильно утомился. На экране портативного компьютера высветились результаты анализа данных.
Материал: данные по эволюционной биологии
Дата составления: вторая половина XIX века
Автор: Ч. Дарвин
Выходит, он нашел копию самого старого труда по этой теме. «Что ж, довольно информативно для первого исследования», - усмехнулся парень.
Теперь осталось лишь вбить координаты этой огромной библиотеки на карту, чтобы кто-нибудь при удобном случае забрал все эти книги и доставил во Всеобщую библиотеку им. Джеймса фон Райера. Книгу Дарвина же Гаррет решил забрать с собой, ибо там оставалось еще 11 не менее интересных для анализа глав. Да и в его уже довольно внушительной коллекции этот труд займет почетное место.
Местом для ночлега ученый выбрал подходящего размера нишу в стене. Она была неплохо спрятана от ветра, гулявшего по полуразрушенной библиотеке, да и всякая живность навряд ли стала бы туда лезть. Лампа была сложена и упакована обратно в рюкзак, экран портативного компьютера отключен. Вокруг воцарилась темнота, и лишь серебристый свет луны проникал через отверстия в крыше. Завтра Гаррету предстояло дойти до ближайшего блокпоста, чтобы обновить запасы провизии и зарядить электронные приборы. Он устроился в нише, поставил рядом рюкзак и закрыл глаза. Ему вспомнились слова отца: «Засыпай, друг мой. Завтра нас ждут великие дела!».
Список литературы:
1. Происхождение видов путём естественного отбора, Чарльз Дарвин.
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Теория_r/K-отбора
4. http://ekolog.org/books/30/7_2.htm
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Фитоценотипы
6. http://yourlib.net/content/view/11994/141/
7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Борьба_за_существование
8. http://pespmc1.vub.ac.be/REDQUEEN.html
9. http://elementy.ru/news/431626
11. chem21.info/info/1019790/
12. Также при написании сочинения мной использовались собственные знания.