С нами или без нас: Естественная история будущего: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Тилман и Даунинг обнаружили, что после засухи объемы биомассы в наименьшей степени снизились на тех участках, где произрастало больше разнообразных видов{113}. На участках, где видов было относительно мало, во время засухи объем биомассы резко упал: он сократился примерно на 80 %. Такие участки хуже сопротивлялись засухе. Биомасса сократилась и на участках с бóльшим разнообразием, но не столь сильно – примерно на 50 %. То есть разнообразные участки показали сравнительно бóльшую сопротивляемость. Наконец, в последующие годы участки с высоким разнообразием восстанавливали свою биомассу в полном объеме, чего не всегда удавалось достичь на остальных участках. Они обладали большей сопротивляемостью. В силу повышенной сопротивляемости и устойчивости биоразнообразные участки оказались более стабильными в период до и после засухи. О подобной связи между разнообразием и устойчивостью догадывались давно, но в природной среде она еще ни разу не была подтверждена экспериментально. А теперь вот они, убедительные доказательства. Чем разнообразнее луга, тем они стабильнее. Гипотеза разнообразия-устойчивости все больше и больше начинала походить на закон. Но Тилману хотелось полной уверенности. И поэтому в 1995 году он запустил новый эксперимент, еще масштабнее прежнего.

В новом эксперименте, который назвали «большим экспериментом по биоразнообразию» (Big Biodiversity Experiment, или BigBio), также исследовалось разнообразие. Он был напрямую нацелен на получение доказательств того, что участки с повышенным растительным разнообразием более устойчивы к засухам, паразитам и вредителям. Земельные наделы, выбранные для нового проекта, были крупнее и многочисленнее, чем в предшествующем эксперименте с удобрениями. Семена всех растений на каждом участке высаживались вручную и только после того, как грейдер и плуг удаляли все травы, произраставшие там. Участки требовали почти непрерывной заботы. За ними нужно было наблюдать, а также их нужно было пропалывать, особенно летом. Эта часть работы была особенно изнурительной. Ник Хаддад вспоминает, что каждое лето на прополку нанимали несколько десятков студентов. Сотня блистательных умов будущего, уткнувшись в траву, подобно козам, медленно продиралась по разнотравью, по пути выкорчевывая те растения, которым там было не место.

Рис. 7.1. На фотографии вверху – участки с выраженным биоразнообразием из эксперимента BigBio, проведенного Дэвидом Тилманом. Обратите внимание на различия оттенков участков, объемы голой земли и высоту растений. На фотографии внизу – студенты, пропалывающие некоторые из этих участков, – аккуратно, по одному, они выдергивают сорные растения.

Фотографии: Джейкоб Миллер

По мере того как эксперимент набирал обороты, Тилман оценивал его промежуточные результаты. Он все тверже убеждался в том, что эволюцию любого земельного участка можно предсказать в зависимости от того, сколько на нем видов растений. В типовой, ничем не выдающийся год участки с бóльшим количеством растений давали больше биомассы – больше живого материала самой жизни. Там было больше насекомых, как травоядных, так и питающихся этими травоядными. Подобные участки были менее уязвимы перед вредителями и паразитами. Вместе с десятками студентов и коллег Тилман на протяжении нескольких десятилетий выдавал статью за статьей, сначала по эксперименту 1982 года, потом по более крупному BigBio. В заголовок почти каждой из них можно было вынести слова: «Влияние разнообразия растений на…»; они различались бы лишь завершением фразы. Между тем экспериментатору снова требовалось запастись терпением – нужно было время, чтобы проверить, покажут ли более разнообразные участки большого эксперимента, как и в малом эксперименте, более высокую устойчивость. На отслеживание динамики удачных и неудачных лет у Тилмана ушли годы.

Есть два объяснения, почему более разнообразные участки злаков, трав, деревьев или даже водорослей могут оказаться более устойчивыми. Первое, используя термин из лексикона фондовых инвесторов, называют портфельным эффектом (или эффектом страховки). Финансисты, вкладывающие деньги в акции различных отраслей промышленности или компаний с разными нишами, снижают свои риски. Разные сферы бизнеса по-разному реагируют на одни и те же экономические потрясения; в результате одни акции дорожают, а другие дешевеют. В конечном итоге составление диверсифицированного портфеля акций понижает риски и в долгосрочной перспективе, как правило, повышает доходность. В экологии портфельный эффект работает аналогичным образом. Чем больше видов сосуществует на определенном участке, тем выше шансы на то, что хотя бы один из них преуспеет в изменившихся условиях будущего. Также повышается вероятность, что какой-нибудь вид заметно опередит все остальные (экологи называют это эффектом выборки). Портфельный эффект, как правило, ярче всего проявляется там, где разнообразные виды осваивают существенно разнящиеся ниши. Представьте себе два сценария: в первом два вида растений совсем чуть-чуть различаются по устойчивости к засухе и наводнениям, а во втором один вид растений хорошо переносит засуху, в то время как другой с легкостью переживает избыток влаги. Во втором случае портфельный эффект оказывается более выраженным.

Второе объяснение связано с конкуренцией. Оно предполагает, что любой вид, способный освоиться в новой среде, не просто выживает, но и забирает ресурсы, которыми пользовались другие виды. Можно представить, как это происходит. Вот начался первый год. В новых условиях, вероятнее всего, выживут виды, обладающие набором характеристик, которые отвечают этим условиям. На второй год они, выжив, размножатся и займут часть земли, на которой раньше росли другие. Продолжая биржевую аналогию, можно сказать, что виды, занимающие разные ниши, но в чем-то конкурирующие, отчасти похожи на инвестиции в акции двух компаний, одна из которых производит солнечные панели, а другая добывает уголь. Они по-разному реагируют на экономические и социальные изменения, но, когда одна слабеет, перед другой открываются новые возможности. Для того чтобы проявились последствия конкуренции, требуется время; поэтому конкуренция скажется скорее на пластичности экосистем, а не на их устойчивости.

В конце концов, в 2005 году, спустя 10 лет после запуска эксперимента, Тилман сравнил влияние видового разнообразия на устойчивость растительных сообществ на больших площадках. Как и в предыдущей серии опытов, он обнаружил, что на участках, где росло больше видов, от года к году происходило меньше перемен, обусловленных причудами климата и другими факторами{114}. Даже если один из обитавших здесь видов уступал той или иной конкретной напасти, остальным удавалось выстоять. Потери смягчал буфер – более представительный «портфель видов». Скажем, в засушливые годы чахли те виды, которые плохо переносят засуху, но зато засухоустойчивые виды выживали. При нашествиях паразитов погибали только некоторые виды, а всем прочим удавалось уцелеть. А вот на участках, которые были освоены всего несколькими видами или вообще одним, такого буфера не было. Некоторые участки со скудным разнообразием могли преуспеть, столкнувшись с конкретной проблемой (например, участки, где росли теплостойкие виды, хорошо переносили сушь), но в среднем дела у них шли намного хуже. И наконец, если трудные времена затягивались, особое значение приобретала конкуренция. Так, более засухоустойчивые виды захватывали землю, раньше занятую видами, менее резистентными к недостатку влаги.

Желая разобраться в причинах и следствиях природных явлений, экологи проводят эксперименты. В них один-два фактора варьируют под контролем экспериментатора, а остальные условия сохраняются одинаковыми; экспериментируют на заброшенных полях, в прудах или же, если пруды слишком велики, в детских бассейнах с посаженными туда водорослями и, скажем, головастиками. По смыслу каждый экологический эксперимент – это микрокосм целого мира, макрокосма. Экологи разглядывают свои микрокосмы, крошечные вселенные. Они подкручивают те или иные параметры, меняя кусочки живого мира местами, а затем смотрят, что получается. Если все пойдет как надо, то выводы из экспериментов можно будет экстраполировать на реальный, большой мир – и тогда он предстанет в новом свете. И пусть Тилман был счастлив возделывать свои квадратные делянки с травами и цветами, разглядывать, какие, когда и с какой скоростью выросли растения, но при этом он держал в уме, что осмысляет весь живой мир в целом. Он хотел выяснить, станут ли его квадратики более устойчивыми, если обеспечить на них разнообразие растительных видов. Однако результаты этих изысканий он использовал для того, чтобы спрогнозировать, обнаружат ли столь же примечательную устойчивость крупные ландшафты или даже целые страны с более высоким растительным разнообразием. Ответить можно в конечном счете только на первый вопрос, хотя запрос на такое исследование выдается вторым. Более того, первый нередко становится столь всеохватным и настолько зримо отсылает к большому миру, что о втором в итоге даже не вспоминают и уж тем более не пытаются в нем разобраться. Впрочем, в каком-то смысле каждый из участков Тилмана – микрокосмов, засеянных бо́льшим или меньшим числом видов, – представал аналогом чего-то большего: луга, леса или целой страны.

Если распространить выводы Тилмана на более широкий контекст, то можно спрогнозировать, что леса, которым присуще разнообразие, будут менее восприимчивы к нашествиям вредителей. Кроме того, они должны оказаться более устойчивыми и в среднем более производительными. По-видимому, так оно и есть – по крайней мере, для лесов умеренной зоны Японии{115}. Страны с более разнообразными лесами также получают от своих лесных массивов больше благ: среди них и очищение воды, и опыление, и очищение атмосферы от углекислого газа, и многое другое. В свою очередь, страны с более разнообразным травяным покровом будут менее подвержены внезапным переменам утилизации углекислого газа луговой растительностью – и тем самым смягчат изменение климата{116}. Как это ни удивительно, но на сегодняшний день протестированы лишь некоторые из подобных прогнозов, причем проверки обычно проводились в небольших масштабах – на конкретных участках обитаемой среды, а не в регионах или государствах.

Есть и другой прогноз – вероятно, один из самых важных для нашего ближайшего будущего. Наработки Тилмана позволяют предположить, что страны, где произрастает больше видов сельскохозяйственных культур, будут менее подвержены общим по стране спадам урожайности и, соответственно, социальным последствиям подобных кризисов – то есть они в принципе более устойчивы. Эта устойчивость в сочетании с пластичностью обеспечит стабильность снабжения продовольствием.

В свете открытий, совершенных Тилманом, можно переосмыслить мировое сельское хозяйство, хотя это непростая задача. Полезно было бы исследовать, как диверсификация посевов сказывается на урожайности в масштабах отдельных стран. Но по состоянию на 2019 год этим пока никто не занялся. Такая задача, впрочем, могла бы увлечь экономистов-климатологов, которые собрали огромные базы данных о воздействии меняющегося климата на общества. Проблема, однако, в том, что исследования, опирающиеся на эти базы, например работы экономиста-климатолога Соломона Сяна, описанные в главе 5, фокусируются обычно либо на отдельных элементах современных социумов (скажем, на каких-то городах или даже зданиях), либо же на древних обществах. Исследования древних систем теоретически могут позволить проверить на состоятельность связь между разнообразием зерновых культур и устойчивостью обществ или их деградацией. Но данные о разнообразии посевов добывать трудно, а та информация, которую удается собрать, зачастую оказывается спорной. (Как-то раз мне пришлось целое утро участвовать в дискуссии на тему: «Зависели ли майя от кукурузы на самом деле?») А еще для обществ, которые рассматривали Сян и другие экономисты-климатологи, воздействие климатических сдвигов, по-видимому, не зависело от специфики общественного устройства. Сегодня, как и прежде, когда климат меняется, человеческие общества страдают от последствий этих изменений. Как сказал Сян в нашем телефонном разговоре, «мы снова и снова видим одно и то же: то или иное общество главенствует и процветает, а потом климат меняется, сельское хозяйство рушится, и весь социум терпит крах. Примеры – Ангкор-Ват в Камбодже, майя в Центральной Америке…»

Выводы экономистов-климатологов, сделанные на основе исследований древних обществ, довольно неопределенны. Как, впрочем, и исследования современных социумов, живущих на границе ареала человеческой плотно населенной ниши, социумов, которые зависят от сельского хозяйства. На первый взгляд, весь массив подобных исследований не дает оснований считать разнообразие посевов сколько-нибудь существенным фактором. Не исключено, однако, что влияние древнего разнообразия полевых культур спустя столько времени попросту не просматривается. Возможно, оно и принесло пользу каким-то прошлым обществам, позволив им жить лучше, но их относительный успех был перемолот жерновами времени.

Вместе с тем, поскольку выводы Тилмана вполне однозначны, мы могли бы руководствоваться его выкладками, не обращая внимания на прошлое и руководствуясь лишь перспективой сегодняшнего дня. Скажем, можно призвать регионы или страны к разработке систем, благоприятствующих культивации более разнообразных культур, – чтобы обеспечить пищевую устойчивость и тем самым снизить риск голода, насилия, нестабильности, следующих за крахом аграрной системы. Но переход от маленьких экспериментальных участков в Миннесоте к целому миру стал бы поистине великим скачком – ведь то, что работало на заброшенном поле, может не сработать в рамках региона, не говоря уже о стране или континенте.

К счастью, Тилман нашел способ проверить свои гипотезы в самых широких масштабах. Дельфина Ренар, которая тогда была постдокторантом в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, объединила усилия с Тилманом, чтобы проверить гипотезу разнообразия-устойчивости применительно ко всей планете. Ренар хотела изучать посевы. Все посевы. Везде и всюду.

Для начала она принялась выяснять, какие виды культур сеют в каждой стране, в какой пропорции и, главное, с какой урожайностью. Урожайность каждой культуры была связана с показателями, которыми пользовался Тилман, высчитывая биомассу растений на своих делянках; правда, в данном случае учитывались только те части растений, которые подходят для человека, будь то зерна, плоды или (реже) стебли. Урожайность для каждой конкретной страны Ренар исчисляла, разделив общий урожай всех ее посевов (в килограммах) на всю засеянную площадь (в гектарах). После этого она переводила сведения об урожайности в более понятную меру – в калории. Занимаясь всем этим, Ренар составила карту, отражающую общий объем калорий, производимых фермерами мира по странам и годам, – что-то вроде этикеток с указанием пищевой ценности для всей Земли.

Помимо оценок урожайности и производства калорий для каждой страны и каждого года, Ренар также собирала данные по некоторым из тех показателей, которые столь долго отслеживал Тилман для своих делянок. Калифорнийская исследовательница, однако, вела сбор информации не в поле, а копаясь в международных статистических базах. Вместо сорняков она выпалывала неподходящие или неверные цифры. В итоге были собраны данные за полвека, с 1961 по 2010 год, по 176 видам посевов в 91 стране. Дело оказалось нелегким, но все же попроще, чем та работа с тяпкой, которой Тилман и его сподвижники десятилетиями занимались в Сидар-Крик. В принципе, кто-то уже давно мог проделать нечто похожее – это было не слишком сложно. Но желающих не нашлось.

Прогнозы Ренар базировались на прогнозах Тилмана, сделанных на основе данных, полученных с его участков. Согласно ее прогнозам, страны, где сеют больше разных культур, испытают меньшие потери урожайности в те годы, когда условия поменяются, – то есть эти страны окажутся более устойчивыми к переменчивости климата и прочих факторов. Кроме того, Ренар предсказала, что на фоне низких потерь урожайность в них будет меняться незначительно, а следовательно, они будут более стабильными. Помимо разнообразия посевов, Ренар также рассматривала воздействие ряда других факторов, способных влиять на динамику урожайности от года к году. Одним из них был объем использованных удобрений, а другим – масштабы ирригации. Ренар предполагала, что удобрения, как и вода, способны сглаживать перепады в условиях по годам.

В каком-то смысле задачи, которые решал Тилман на своих маленьких наделах, были надуманными. Он всего лишь экспериментировал, и ставки в его играх оставались не слишком высокими. Его деятельность имела значение главным образом для других экологов. Но с работой Ренар дело обстояло иначе – ведь от засух страдает сельское хозяйство по всему миру. Беспокойство по поводу всемирного продовольственного кризиса нарастает, причем, как уже отмечалось в главе 5, потери урожая, связанные с климатическими изменениями, ведут среди прочего и к всплескам насилия в обществе. К каким бы выводам ни пришла Ренар, ее выкладки будут важны для благополучия и выживания миллиардов людей.

Рис. 7.2. Количество видов посевных культур в разных странах, усредненное за десятилетие – с 2009 по 2019 год. Чем темнее штриховка, тем больше в стране видов посевных культур. В период, отраженный на этой карте и в исследованиях Ренар, к примеру, в Перу, Португалии, Камеруне и Китае наблюдалось большое разнообразие посевов. Разнообразие посевов в США и Бразилии, где царствуют соответственно кукуруза и соя, было, наоборот, весьма низким.

Изображение: Лорен Николс по данным Дельфины Ренар

Когда Ренар взглянула на результаты своего анализа, они показались ей на редкость очевидными. Однако, чтобы их объяснить, я должен ввести в наше обсуждение еще одно понятие, а именно равномерность. Представьте себе пирог – самый обычный пирог. Например, лимонный, с хрустящей корочкой и сладкой с кислинкой начинкой. Теперь разрежьте его на десять кусочков. В нашей аналогии кусочки будут соответствовать видам посевных культур. Если все кусочки получились одинакового размера, деление равномерное, а если их размеры различаются, то неравномерное. Предельно неравномерный способ разделить пирог – отрезать один огромный кусок, а оставшуюся небольшую долю нарезать тоненькими полосками. Рассчитывая разнообразие посевных культур в каждой стране, Ренар использовала показатель, включающий равномерность. Данный показатель учитывал и число разных возделываемых видов посевов, и их равномерность. Назовем этот показатель индексом разнообразия-равномерности. Предположение Ренар состояло в том, что наиболее эффективно засухе и прочим бедствиям будут противостоять те страны, в которых сеют множество разных видов культур, а доли занимаемых ими посевных площадей более или менее равномерны. Как раз в этих странах индекс разнообразия-равномерности окажется максимально высоким.

Данные Ренар, и это неудивительно, подтвердили, что одним из способов, позволяющих смягчить последствия переменчивости климата, выступает ирригация. Страны, где она широко применяется, легче переносили засушливые годы. Орошение и дальше будет оставаться значимым фактором – особенно при умном его применении в реальном времени с учетом погодных условий и состояния посевов. Полив, основывающийся на отслеживании данных, выглядит не самым привлекательным решением мировых проблем, но, вероятно, наши предки и на первые каменные орудия смотрели искоса.

Но орошение оказалось отнюдь не единственным важным фактором. Столь же существенное значение имели разнообразие и равномерность посевов. Страны, в которых индекс разнообразия-равномерности был наиболее высоким, при прочих равных условиях из года в год собирали примерно одинаковые урожаи; их сельскохозяйственным системам была присуща большая сопротивляемость. К примеру, в странах, где культуры были разнообразны, а их распределение равномерно, падение урожайности на 25 % оставалось чрезвычайно редким феноменом: такое случалось примерно раз в 123 года. И наоборот, в странах с пониженным разнообразием и неравномерным распределением культур урожаи были куда менее стабильны: их системы обладали меньшей сопротивляемостью, а значит, и меньшей устойчивостью. Страны с небогатым разнообразием культур переживали снижение урожайности на 25 % или даже более примерно каждые восемь лет. Столь же важно и то, что более устойчивые урожаи в странах с высоким разнообразием и равномерностью не ассоциировались со снижением средней урожайности: здесь год от года фиксировались как высокая средняя урожайность, так и стабильность.

Мы еще многого не знаем о разнообразии, сопротивляемости и устойчивости посевов – но того, что нам известно, уже довольно для подготовки прогнозов. Нам, например, неизвестно, существует ли какой-то идеальный вариант разнообразия и можно ли говорить, что один его тип лучше другого. Однако исследования, проведенные на участках Тилмана и в других местах, позволяют предположить: чем больше посевы различаются в плане своей чувствительности к самым распространенным напастям (например, к засухе), тем вероятнее, что успех одного вида будет компенсировать неудачи другого{117}.

Также мы не понимаем, является ли разнообразие видов культур более важным в сравнении с широкой вариативностью внутри самих этих видов. Между тем разобраться в этом было бы небезынтересно, поскольку на фоне нарастающего богатства видов посевных культур во многих странах и регионах{118} разнообразие их внутренних подвидов по большей части снижается{119}. Данные с полей Тилмана позволяют сделать вывод, что разнообразие подвидов скорее имеет значение для тех обществ, которые особенно зависимы от конкретных видов культур (например, для тропических областей Африки и Азии, которые зависят от маниока), а межвидовое разнообразие важнее для тех регионов, где в основе рациона разные сельскохозяйственные культуры или где урожаи идут главным образом на экспорт.

Наконец, мы не знаем, от каких климатических напастей спасает буфер разнообразия – от большинства из них или же только от некоторых. Защищены ли страны и регионы с высоким сельскохозяйственным разнообразием и от скачков в уровнях осадков и температуры, и от прибытия новых паразитов и вредителей? Исследования на участках Тилмана позволяют предположить, что да{120}. Но есть, однако, и кое-что еще.

В то время как в последние десятилетия разнообразие посевных культур оставалось более или менее устойчивым, а в некоторых регионах даже и повышалось, сорта и разновидности культур в разных странах сейчас более похожи друг на друга, чем когда-либо прежде. Некоторые страны выращивают весьма разнообразные культуры – но это то же самое разнообразие, которое встречается и в других местах{121}. Опыты в заброшенных полях, детских бассейнах и прочих микрокосмах большого мира дают основания полагать, что в такой ситуации крайне неурожайный год в одной стране, скорее всего, окажется неурожайным для многих стран. Установить, так ли это в мировом масштабе, будет весьма сложно. Придется дожидаться неурожайного года, который станет настолько плохим, что сельское хозяйство пострадает даже в местах, где привыкли выращивать множество видов культур. Разумеется, это не то, на что хотелось бы надеяться, но, если подобное все же произойдет, Ренар и Тилман, без сомнения, проанализируют все убытки и потери, чтобы отыскать истину, и тогда нам будет легче взаимодействовать с живым миром.