Обычно естественный отбор представляется чем-то совершенно
однозначным. Например, два вида соперничают за одну и ту же
экологическую нишу и (или) источник пищи. Тот из них, который окажется
лучше приспособленным к данным условиям, вытеснит соперника и в конце
концов приведет его к вымиранию. Но эта картина слишком схематична, и не
может объяснить, как в таких обильных системах, как влажные тропические
леса, многие тысячи видов занимают одну и ту же нишу, благополучно
сосуществуя вместе.
Решение этой загадки подсказала ученым из группы Стефано Аллесино (Stefano
Allesina) известная игра «Камень – ножницы – бумага»: математическое
моделирование игрового процесса открывает возможности для теоретически
бесконечного развития биологического разнообразия. Сам Аллесино
поясняет: «Если вы играете вдвоем, один неминуемо и быстро проиграет. Но
если игра ведется между тремя, а тем более – множеством участников, они
вполне могут "сосуществовать” друг с другом бесконечно долгое время».
«Камень
– ножницы – бумага» - пример нетранзитивной игры, в которой ни
участников, ни принимаемые ими решения невозможно выстроить по шкале от
наихудшего к наилучшему. Если брать их попарно, худший и лучший –
победитель и побежденный – будет всегда: камень разобьет ножницы,
ножницы разрежут бумагу, бумага завернет камень. Но если в соревновании
участвуют все три стратегии одновременно, ни одна из них не будет
стопроцентным победителем.
Подобные отношения
уже использовались экологами для моделирования взаимоотношений небольших
групп из трех живущих совместно видов бактерий и ящериц. Но на более
сложном примере, с участием больших количеств видов, расчеты еще не
проводились. Усложнение модели с ростом числа участников нарастает очень
быстро: надо учитывать не только «камень», «ножницы» и «бумагу», но и
вносить новые стратегии, уникальные для каждого вида. Представьте себе
это, как расширенные версии той же игры, с использованием «колодца», «отвертки» и т.д., до бесконечности.
«До
сих пор эти варианты никто не рассматривал. Что будет, если вместо трех
видов в игре участвуют, скажем, четыре тысячи? – говорит Стефано
Аллесино. – Надо построить математическую модель, в которой можно было
бы рассмотреть практически любое число видов». Так и поступил ученый
вместе со своими коллегами, в которых то или иное количество видов с
разным успехом состязается за те или иные объемы ресурсов.
К
примеру, разные виды деревьев соревнуются за четыре типа ресурсов – за
источники азота, фосфора, за свет в воду. «Прогнав» такую систему через
свою модель, ученые показали, что с ростом числа различных ресурсов
видовое разнообразие может оставаться огромным: слабейшие «игроки»
быстро выходят из состязания, но между множеством оставшихся образуется
стабильный баланс. «Это показывает, что если виды соревнуются за
множество различных ресурсов, и если победа определяется успешностью в
освоении ресурса, то между ними образуется сложная сеть взаимосвязей,
позволяющая огромному количеству видов сосуществовать, используя
различные стратегии», - комментируют авторы.
В
некоторых случаях, как показала их работа, преимущество вида в
использовании одного ресурса может идти в паре недостаточной
эффективности работы с другим. В любом случае, по словам авторов,
количество видов в конце концов стабилизируется примерно на половине их
исходного количества. Независимо от того, сколько их было изначально.
«Фактически, не существует предела "насыщения”, - говорит Аллесина, -
Число видов теоретически может быть бесконечным».
Как
ни удивительно, но модель доказала свою реалистичность в ходе тестов.
Введя в нее параметры реальных экосистем, полученные в ходе полевых
исследований данные о населении тропических лесов и беспозвоночных моря,
ученые получили результаты, отлично согласующиеся с действительностью.
Они показали также, что их модель хорошо отражает реальную динамику
различных экосистем.
Интересно, что эта модель
предсказывает и драматические последствия, которые может вызвать в
экосистеме исчезновение всего лишь одного из участников «игры», в
которой установился сложный и тонкий баланс. «Совместное существование
может зависеть от редких видов, нередко находящихся на грани
исчезновения. Если на такой вид замыкается ряд отношений, его вымирание
приведет к коллапсу всей системы, - пишут авторы. – Представьте, что вы
играете в "Камень – ножницы – бумагу”, но камень использовать нельзя, а
дозволены лишь стратегии "бумага” и "ножницы”. Очень быстро в игре
останутся одни только "ножницы”».
|
