Парадокс Линнея

Долгое время о насекомых, червях и простейших, населяющих подвалы биосферы, науке ничего не было известно. И не потому, что об их существовании не подозревали. Напротив, сравнения надоедливых людей с мухами, а ничтожных - с червями родились не сегодня и даже не вчера. О подземной фауне знали. Лет двести назад английский натуралист П. Кирби даже посвятил ей... несколько строчек в своем сообщении Лондонскому королевскому обществу: "Они ускоряют даже распад гигантов лесов - деревьев" (Цит. по: [Гиляров, 1949, с. 20]). С тех пор целое столетие никому и в голову не приходило, что животный мир подвалов биосферы - важное и незаменимое звено механизма обмена элементами между растительностью и почвой.

Лишь исследование великого Дарвина "Образование почвенного слоя деятельностью дождевых червей" пробило первую брешь в стене молчания, которой были окружены жуки, многоножки, кольчатые и прочие беспозвоночные. Впрочем, биологов прошлого столетия можно понять. Открытия Л. Пастера, Р. Коха, И. И. Мечникова будоражили умы. Необычайная сила микробов ошеломляла и отодвигала на задний план деятельность их старших братьев - клещей, бескрылых и пр. А изречение К. Линнея, что "три мухи съедают труп лошади быстрее, чем лев", представлялось забавным парадоксом.

Но в природе нет лишних звеньев. Круговорот вещества в лесах, степях и саваннах продуман до мельчайших подробностей. Каждое живое существо выполняет в нем свои функции, которые нельзя переложить ни на более сильных, ни на более слабых.

Кажущаяся неподвижной почва не знает покоя. В ней вот уже сотни, тысячи, миллионы лет действует причудливый конвейер суетливых паучков, жужелиц, ногохвосток. Он движется по бесчисленным ходам, перенося сырье, полуфабрикаты и готовую продукцию. Впрочем, такое деление лишь схема. А природе схемы чужды. В реальной почве, как и в любом другом царстве жизни, круговорот вещества или "цепи питания" чрезвычайно сложны. Начать хотя бы с того, что одно животное не в состоянии съесть без разбору останки деревьев и трав. Дело здесь не в объеме, а во вкусе. Одним букашкам нравятся листья, другим - кора, третьим- древесина. Но такой разборчивостью их деятельность не ограничивается. Каждый вид животного использует незначительную часть энергии, заключенной в опаде, предоставляя возможность поживиться ее остатками следующему в очереди. И так, пока дань, полученная от растения, не обратится в минеральные соли и воду.

Нетрудно представить, что стало бы с лесами, полями и лугами, если бы вдруг исчезли жернова, перемалывающие останки растительности. Поверхность земли оказалась бы под мощным слоем иголок, листьев, веток, коры и стволов. Всю эту груду не выжгли бы солнечные лучи, не развеяли бы ветры, не размыли бы водные потоки. Всемогущие микроорганизмы и те оказались в стесненных обстоятельствах. Ведь им часто нужны полуфабрикаты, переваренные в желудках червей и насекомых. Но и это не самая большая беда. Остановился бы природный конвейер. Некому было бы переносить в глубь почвенной толщи гумус. Плодородному слою стало бы трудно дышать. Ибо ходы суетливых жильцов подземелий помогают проникать воздуху в плодородный слой. Да и не только воздуху, но и влаге. Но та вода, что не впиталась в почву, стекает по ней, а значит, и смывает ее. В таких условиях плодоносная пленка нашей планеты переуплотнилась и была бы непригодной для жизни многих растений, как высших, так и низших. И одновременно она не смогла бы противостоять усилившейся эрозии, и на огромных пространствах обнажилась бы мертвая порода. Безжизненных пустынь на нашей планете стало бы куда больше, чем ныне.

Впрочем, для беспокойства нет причин. Мириады простейших обволакивают каждую ветку, ствол, упавший на землю. На одном квадратном метре поля скапливается до 20 млн нематод - мельчайших червей; сотни тысяч клещей, бескрылых, ногохвосток; сотни дождевых червей, слизняков, улиток, многоножек и пр.

Даже в бесплодной тундре их численность остается значительной. Встречаются они и в подвижных песках, и на скалах вблизи вечных снегов, и даже в Антарктиде. Их общий вес иногда достигает 3,5 т/га. Иной раз остается лишь удивляться, когда слышишь, что их миллиарды и миллионы перевалили за допустимую норму. Казалось, куда уж больше! Оказывается, есть куда. В этом случае биологические жернова начинают вращаться быстрее и, справившись со своей повседневной работой, беспозвоночные принимаются за полевые культуры.

Подземные обитатели связывают свою жизнь не только с пищей, но и со своим домом - почвой. Последняя очень своеобразна. Ее слагают три типа вещества: твердое, жидкое и газообразное. В зависимости от того, каковы соотношения между этими тремя началами, и заполняются квартиры на различных подземных этажах.

Иногда в почвах влажность воздуха достигает 90% и более. И в них создаются условия, как на дне водоемов. Тогда начинается великое переселение беспозвоночных из ближайшего пруда или озера. Конечно, оно касается лишь простейших. Но легкость, с которой эти существа меняют среду обитания, наводит на мысль, что миллиарды лет назад завоевание суши шло именно таким путем. Почва предстает перед нами "перевалочным пунктом" жизни, где она накапливала силы и готовилась выплеснуться на поверхность. Впрочем, многим коренным жителям подземелья свойственны черты как обитателей водоемов, так и типичных землян. Их покровы проницаемы для воды, ионов и газов, и одновременно они могут дышать воздухом. Все эти сведения стали известны сравнительно недавно: почвенная зоология одна из самых молодых наук. Может показаться странным, но основоположник почвоведения Докучаев в общем-то прохладно относился к беспозвоночным. Он, конечно, отмечал их деятельность наряду с растительностью, но этим все и ограничивалось. А вот вечный оппонент Костычев своими опытами доказал огромную роль насекомых в разложении растительного опада. Примерно в то же время увидела свет уже знакомая нам работа Дарвина о дождевых червях. Именно с нее и начинается почвенная зоология. Свои наблюдения великий английский натуралист резюмировал в словах, обошедших все книги, посвященные подземным жителям: "Плуг принадлежит к числу древнейших и имеющих наибольшее значение изобретений человека; но еще задолго до его изобретения почва правильно обрабатывалась червями и всегда будет обрабатываться ими. Весьма сомнительно, чтобы нашлись еще другие животные, которые в истории земной коры заняли бы столь видное место" [Дарвин, 1882, с. 204].

С тех пор минуло более 100 лет. За прошедшие годы удалось сделать многое. Уже в 20-х годах, сразу после гражданской войны, из Ташкентского университета в Голодную степь направилась большая экспедиция во главе с А. Л. Бродским. Ее цель - изучение ирригационных систем. Основной метод - перепись населения обитателей почвы. Они вряд ли будут мириться с плохими жилищными условиями, справедливо решили специалисты.

И действительно, полупустынные земли буквально оживали с приходом влаги на поля. Их плодородие росло на глазах и было пропорционально... плотности беспозвоночных. По образному выражению Бродского, на подземной обогатительной фабрике работа кипела круглые сутки. По конвейеру сюда подавалась сырая руда - опад, который мгновенно поглощался миллионами ненасытных ртов. Пройдя через самые совершенные установки - желудки животных, она (руда) превращалась в высококачественный концентрат [Гиляров, 1949].

Несколько лет спустя эксперименты Н. А. Димо [1938] показали, что только земляные черви ежегодно пропускают через свои желудки до 120 т/га почвы, откуда она выходит обогащенной органическими и минеральными веществами.

Первые переписи породили настоящий бум в биологии. Одна за другой росли лаборатории, институты, научные центры. И всех их интересовали только черви, насекомые, личинки, клещи и другие беспозвоночные. В Москве, Ленинграде, Воронеже, Перми, городах Средней Азии и Казахстана открывались кафедры почвенной зоологии. Со всех концов света шли новые данные. В 30-40-х годах исследования охватили США, Англию, Данию. В Советском Союзе вышли фундаментальные труды известнейших ученых того времени Г. Н. Высоцкого, К. К. Сент-Илера, В. Н. Беклемишева и др.

Зоологи все чаще стали обращать внимание на количество беспозвоночных, которое на 1 га поля нередко переваливало за 1 млн. Сосчитать такую массу букашек без надежных методов не было никакой возможности. Ну а как же тогда работали Бродский, Димо и другие ученые? Они, безусловно, вели учет почвенной фауны, но каждый по-своему. А результаты таких изысканий трудно сопоставить.

В 1941 г. молодой зоолог М. С. Гиляров собрал и проанализировал все существующие способы составления переписей подземного населения. Научный обзор как нельзя пришелся кстати. Отныне каждое исследование, любая оценка могли быть приведены к общему знаменателю. Старые данные обрели новый смысл. Их теперь можно было связать со свойствами, удалось описать символ цифрой. Наука о почвах сделала еще один шаг в сторону дисциплин, где все явления можно выразить формулой, предвидеть, вычислить. Многие ученые поспешили ввести в свои работы статистические расчеты, подчинить все математической логике. Казалось, настало время, когда законы окружающего нас мира удастся постигнуть, решив уравнения с несколькими неизвестными.

Однако животный мир и сами почвы не очень-то поддавались даже этой универсальной науке. Виной тому была нестандартность природных явлений. Мы знаем, что они не укладываются ни в какие схемы. Математику, чтобы решить задачу, необходима точная характеристика объекта. Элементарные алгебраические уравнения - это самый простой случай, но даже x и y ограничены множеством условий.

А если поставить похожие ограничения для муравья или червя? Рамки, в которые мы будем пытаться их втиснуть, надо еще отыскать в окружающей среде. Как это сделать? Прежде всего постичь законы, по которым живут подземные обитатели, их отношения с растительностью, влагой, почвами и т. д. Собрав все эти сведения, можно начинать составлять программу для ЭВМ. Но в первой половине XX в. наука о связях в природе - экология была еще совсем молода. Она не могла дать ответа на многие вопросы, волновавшие ученых. Кибернетика, способная сегодня создать модель природного явления, тела, сообщества, также делала первые шаги. Языки, на которых изъяснялись почвоведы и математики, их представления об окружающем мире несопоставимы.

И вот в 1949 г. вышла книга Гиляров а "Особенности почвы как среды обитания". В ней жители "царства тьмы" и их дом - почва предстали перед специалистами совершенно в ином свете. Например, обилие пищи уже не рассматривалось как единственное условие для благополучия насекомых. Не менее важными для них были температура и влажность. Увеличение содержания водяных капелек способствовало размножению злейших врагов подземных жителей - патогенных грибов, снижало приток воздуха и вызывало у насекомых заболевание, напоминающее нашу водянку. Тепло и холод служили причиной вертикального перемещения всех без исключения почвенных животных. Механизм, действующий в биогеоценозах, оказался значительно сложнее, чем его представляли раньше.

Монография Гилярова стала первым крупным трудом по экологии почвенной фауны. Но уже скоро появились новые книги об обитателях четвертого "царства". Они вышли в ГДР, Австрии, Великобритании, во Франции и в других странах. А в 1958 г. открылась первая международная конференция по проблемам почвенной зоологии. Новой науке стали тесны государственные границы. Одни проблемы порождали другие. Только что экология считалась самой современной отраслью биологии, как тут же рождается еще более молодое направление - систематика беспозвоночных. До сих пор в толстых фолиантах регистрировались лишь крупные животные. Но теперь требовалось скрупулезно разложить по полочкам сведения о личинках, разделить на виды и классы неисчислимые полчища букашек и т. д. Прошли десятилетия упорного труда, и в мире появились долгожданные переписи. Но у большинства сводок был существенный недостаток - множество белых пятен. Их сумел избежать пухлый том "Определитель обитающих в почве личинок", изданный в нашей стране в 1964 г. Его по праву следовало бы назвать "энциклопедией личинок" за исчерпывающую полноту данных. Через два года в СССР подготовили другое издание о многоножках. Сегодня значительная часть жителей почвы описана, учтена, классифицирована. Открыть новый вид клеща или слизняка не легче, чем отыскать в океане остров, на который не ступала нога человека. Работа проделана колоссальная. А велика ли отдача? Безусловно. Пользуясь определителями, можно закодировать и вставить в программу ЭВМ сведения почти о каждом обитателе подвалов биосферы. Так кирпичик за кирпичиком на наших глазах вырастает долгожданное здание - модель биогеоценоза. Пока оно скрыто за понятными лишь специалисту символами. Но пройдет несколько минут, и машина выдаст формулы. Именно те формулы, о которых можно было только мечтать два-три десятилетия назад. Сегодня математики и почвоведы стали лучше понимать друг друга.

Но вернемся к нашим животным. Они не устают удивлять исследователей. Когда на них составили подробнейшие досье, неожиданно выяснилось, что жуки, черви, бескрылые, личинки могут многое рассказать и о самих почвах. С их помощью удалось поставить диагнозы различным землям. И первым это сделал опять же Гиляров. Каждая его работа открывала новую страницу в биологии и почвоведении. Предложенный же им метод зоологической диагностики почв имел не только огромное научное, но и практическое значение. С его помощью можно установить механический состав почвы, не отвозя образцы в лабораторию и не закладывая многочисленных почвенных шурфов. Достаточно лишь проанализировать состав подземных жителей. Конечно, в этом случае точность невысока, но она позволяет быстро ориентироваться в обстановке, составить мнение об исследуемой территории.

Например, в сыпучих грунтах вся толща пронизана множеством скважин. Такие хрупкие конструкции вряд ли пригодны для крупных, неуклюжих беспозвоночных. Стенки их норок будут непрочны и быстро осыплются. Именно поэтому песчаные террасы Дона служат непреодолимым барьером для жука-красавчика, а в легких почвах пустынь, где плохо сохраняется влага, отсутствуют мокрицы. И напротив, верным признаком сыпучих грунтов служат личинки со специальными приспособлениями для жизни и передвижения в них.

По многим подземным жителям легко установить, как идет накопление гумуса. Известно, что в смешанных лесах европейской части СССР, где образуется грубый волокнистый перегной с кислой реакцией, широко распространены личинки одного из видов щелкунчика, а в южных буковых, грабовых, дубовых рощах с зернистым сладким гумусом их нет.

Беспозвоночные очень чувствительны к различным свойствам почв, о которых не всегда узнаешь при прямых исследованиях. Прежде всего это касается их температурного режима. Обычно все экспедиционные работы заканчиваются осенью. И зимний сезон для почвоведа - мертвый сезон. Исследования в Восточной Сибири показали, что личинки майского хруща избегают грунт, где зимой происходит смыкание верхнего, промерзшего слоя и горизонта вечной мерзлоты. Обходят такие территории стороной и люди. Ибо культурные растения здесь не приживутся.

Характер подземных жителей не всегда постоянен. Часто он меняется от места к месту. В Средней Азии, например, июньский хрущ в почве - хорошая примета для земледельца, так как колонии этого насекомого тяготеют к почвам, накопившим достаточно влаги. А вот в средней полосе тот же июньский хрущ ведет себя иначе. Он предпочитает сухие участки.

С помощью почвенно-зоологического метода сегодня определяется степень загрязнения земель теми или иными отходами производств. Многие жители подвалов биосферы любят разнообразить свое меню техногенными добавками. Так, жужелицы питают пристрастие к свинцу, черви - к свинцу и кадмию, мокрицы - к меди. Эти металлы откладываются в их организмах. Зная порочные наклонности животных, легко установить утечку или повышение концентраций токсичных веществ в окружающей среде. Для этого достаточно подвергнуть их химическому анализу.

Часто в фильмах о природе можно увидеть, как в тот или иной район нашей страны завозят косуль, лосей, кабанов. И они обретают там свою вторую родину. Но, очевидно, мало кто слышал о подобных переселениях у беспозвоночных. Первыми среди них начали путешествовать черви. Маршруты их пролегали через целые континенты. В свое время некоторые виды попали из северного полушария в южное. Правда, то были незапланированные, случайные миграции. Сегодня в Советском Союзе проведены специальные мероприятия по акклиматизации червей с берегов Зеравшана и в полупустыне Кызылкум. Эксперимент увенчался успехом. Биологическая активность засушливых земель заметно возросла, а вместе с ней повысилось плодородие почв. Такой способ исцеления назван биомелиорацией. Его с успехом применяют во многих засушливых районах земного шара.

Вот, казалось бы, и решение многих проблем сельского хозяйства. Достаточно подобрать ту или иную культуру червей или насекомых и почва вылечена от недуга бесплодия. Увы, нет. Все гораздо сложнее. Начнем хотя бы с того, что животным нужна пища и вода. А где взять их в песках или на просоленных такырах? Значит, нужна влага, деревья и травы, надо менять облик целого ландшафта, иначе наши усовершенствования будут недолговечны.

Ученые и земледельцы поняли: перестройка природы - дело сложное. Здесь не обойтись заменой одного звена. Вместе с ним необходимо обновить и все остальные. Но прежде чем приниматься за создание высокопродуктивных биогеоценозов, следует изучить составляющие прежних систем.

Пока мы не ушли дальше цеха предварительной обработки сырья. Опад на наших глазах разрушался солнечными лучами, температурными перепадами. Его вымачивали весенние воды, обогащали животные. Теперь же время перейти в цеха тонкой химии или, точнее, биохимии. Здесь трудятся мельчайшие организмы. На фоне амёб и инфузорий они покажутся лилипутами.