Вопрос № 20

Как объяснить существование императорских пингвинов в Антарктиде, если нет адаптации, а есть только биотическая регуляция? Антарктиде популяция пингвинов не нужна, это однозначно. Но нужна ли она океану? Тоже как-то сомнительно.
Ответ опубликован 6 марта 2008.
Автор вопроса: И. Рейф.
Вопрос задан 13 января 2007.

Этот вопрос может быть отнесен ко всем перелетным птицам и ко всем передвигающимся животным. Аналогичный вопрос был задан проф. В.М. Гавриловым при обсуждении нашей статьи по биотическому лесному насосу. Наш ответ на этот вопрос на английском языке можно прочесть в этом же обсуждении. Здесь мы постараемся дать более развернутый ответ на поставленный вопрос.

Очевидно, что жизнь по своей сложности несравнима с любыми физическими и техническими структурами. Высокоорганизованные структуры жизни могут только распадаться, теряя уровень своей упорядоченности, что мы наблюдаем в виде смертности всех живых организмов. Главный вопрос биологии состоит в том, как же, вопреки непрерывному распаду, поддерживается этот сверхвысокий уровень упорядоченности на протяжении миллиардов лет. Ответ состоит в использовании жизнью естественного отбора, состоящего в следующем (что до сих пор часто преподносится в сильно искаженном и извращенном виде).

Виды живых организмов образуют популяции, в которых все особи непрерывно конкурентно взаимодействуют друг с другом. В процессе этого взаимодействия особи с распавшейся генетической программой, т.е. утрачивающие уровень упорядоченности, тем или иным образом удаляются из популяции. На их место появляются нормальные особи за счет их размножения, что сохраняет постоянным и уровень упорядоченности и численность популяции.

Таким образом, каждая особь популяции заботится только о своем благополучии и действует в направлении уничтожения особей, утративших конкурентоспособность и связанный с ней уровень упорядоченности. Отметим, что под особью понимаются не зависящие друг от друга живые структуры - одноклеточные организмы, многоклеточные организмы, жестко связанные между собой многоклеточные организмы типа муравейников и ульев, социальные структуры животных, локальные экологические сообщества, простейшим примером которых являются лишайники. На суше такими локальными экологическими сообществами являются деревья совместно с непрерывно функционирующими на них бактериями, грибами и мелкими беспозвоночными.

Именно деревья на суше являются обобщенными особями (единицами), управляющими окружающей средой и осуществляющими ее биотическую регуляцию, т.е. поддерживающие оптимальную влажность почвы, температуру и т.п. (В океане эту функцию выполняет зоо-, на не фитопланктон.)

Вопрос проф. Гаврилова состоял в том, как регулируется численность птиц, если каждая особь (дерево в случае лесного насоса) заботится только о своем личном благополучии, а каждая птица питается на многих деревьях. Ответ состоит в существовании чувствительности управляющей особи к локальному изменению окружающей среды, включающей регионально и глобально перемешиваемые компоненты. К таким компонентам относятся атмосферные газы, в частности СО2, растворенные вещества в океане и все быстро передвигающиеся животные, которые кормятся на территории, содержащей множество деревьев на суше (и множество сообществ зоопланктона в океане). Все эти компоненты поддерживаются управляющими особями с помощью их чувствительности к относительному изменению компонентов. Если локальное относительное изменение компонентов (концентрации СО2, плотности численности животных) происходит на величину, меньшую чувствительности, особи на это изменение не реагируют. Если относительное изменение превосходит чувствительность, то особи начинают действовать в направлении возврата относительной величины компонента к оптимальному значению (увеличивать или уменьшать влагосодержание почвы с помощью регуляции локального испарения, увеличивать или уменьшать концентрацию СО2 с помощью регуляции роста растений, увеличивать или уменьшать съедобную для животных часть продукции растений и т.п.).

Величина чувствительности не имеет значения. Она может быть очень высокой, порядка 10?4, или низкой, порядка 10?1. Животные, потребление которых в среднем выше чувствительности, поддерживаются сообществами со строго определенной численностью. Животные с потреблением ниже чувствительности неизбежно имеют флуктуирующие численности вокруг среднего значения. Совершенно так же мы начинаем чистить свою квартиру, когда накопившаяся грязь становится для нас заметной. При этом количество грязи, остающейся после уборки, намного ниже нашей чувствительности. Отметим, что по данным об относительной доле потребления видов животных и колебаний их численности можно однозначно устанавливать величину чувствительности управляющего сообщества.

Нормальные особи-регуляторы производят действия по возврату компонента к оптимальному значению и тем сохраняют оптимальную окружающую среду и свою максимальную конкурентоспособность. Дефектные особи будут действовать в неправильном направлении, что приведет к ухудшению их локальной окружающей среды, потере ими конкурентоспособности и исключению их из популяции. Поэтому все остающиеся нормальные особи будут действовать в одном направлении, что и составит биотическую регуляцию окружающей среды в региональных масштабах, включая все ее компоненты (концентрации веществ и плотности численностей животных).

Пингвины питаются в океане. Если бы их присутствие уменьшало конкурентоспособность локальных управляющих сообществ по сравнению с теми, в которых пингвины отсутствуют, то последние возобладали бы в океане, и пингвины были бы ликвидированы. Следовательно, сообщества с пингвинами более конкурентоспособны, чем сообщества без них. Итак, ответ: пингвины океану нужны. Во льдах Антарктиды сами пингвины являются управляющими особями, регулируя, например, температуру, сбиваясь в тесные стаи.

Биотическая регуляция следует из физической неустойчивости пригодной для жизни окружающей среды. И это утверждение также очевидно. Физически устойчивые состояния не пригодны для жизни. Все растения гибнут в безводных пустынях, а также при температурах ниже −10 оС и выше +60 оС. Случайное возникновение устойчивого физического состояния как раз в области, пригодной для жизни, невозможно потому, что физические законы не содержат информации об этих выделенных условиях. Эта информация содержится только в живых организмах.

Подробнее о чувствительности биоты можно прочитать здесь.