За порогом вражды

Экзотические симбиозы, указывающие путь к высоким урожаям

Чтобы определить точно, сколько животные и растения наращивают живого вещества (биомассы), экологи ввели понятие продуктивности. Измеряют ее величиной биомассы, производимой на единицу площади, занятой изучаемым видом, за сутки или за год. Если от этой общей величины отнять биомассу, которую организмы тратят на дыхание (т. е. на поддержание своей жизни), то как раз и получится чистый прирост живого вещества, или чистая продуктивность. Этим показателем пользуются для сравнения возможностей разных организмов и целых сообществ. (Оперируя этим понятием, мы ради краткости пустим определение "чистая".)

Экологи ориентировочно подсчитали среднюю продуктивность разных сообществ и отдельных сельскохозяйственных культур под разными широтами и в разных районах земного шара. И вот оказалось, что первые места по продуктивности в морской среде заняли коралловые рифы, а на суше — вечнозеленые тропические леса. То есть биологические сообщества, всеми делами которых заправляют симбиозы!

В нашей стране нет ни тех, ни других. Казалось бы, стоит ли нам тогда ими заниматься? Но советские научно-исследовательские суда все чаще направляются в Карибское море, в Тихий и Индийский океаны, к царству коралловых рифов. И влечет их туда вовсе не праздный интерес к экзотике. Настойчиво изучая живое население рифов, совершающиеся в коралловых сообществах обменные процессы, ученые стремятся найти разгадку их необычайной продуктивности. Когда она будет найдена, принципы, "работающие" на благо кораллового сообщества, возможно, удастся с успехом применить для освоения ресурсов Мирового океана и их непрерывного возобновления. Такова главная проблема, поставленная перед людьми этим замечательным творением природы.

Поражает то, что, будучи одним из самых продуктивных биологических сообществ на нашей планете, коралловые рифы омываются самыми бесплодными водами (некоторые экологи подсчитали, что по продуктивности первые превосходят вторые в 120 раз!). Живые рифы — это цветущие оазисы в соленой морской пустыне.

Первооснова продуктивности водных сообществ — мириады микроскопических водорослей-фотосинтетиков, составляющих фитопланктон. Их развитие зависит от света и растворенных в воде солей азота и фосфора (так называемых биогенов). Те же потребности и у симбиотических водорослей кораллов. Света в тропиках избыток, а вот биогенов практически нет. Без биогенов же никакие водоросли не могут строить органическое вещество, а следовательно, кормить кораллы и население рифа. Этот факт и пробудил у некоторых ученых сомнение в том, что высокая продуктивность кораллового сообщества всецело зависит от фотосинтеза зооксантелл.

С другой стороны, остается непреложной истиной, что риф постоянно и щедро отдает органику и биогенные соли многочисленным потребителям. Сколько организмов всевозможных размеров и рангов трудится денно и нощно над его разрушением! Какое обилие морских птиц кормится за счет его обитателей! Рифы — один из главных источников существования и для местного населения. Кажется, что неустанный прилив бесплодных вод тоже способен только отпять накопленное ими богатство. Какие же материальные силы его пополняют? Наука еще не в состоянии дать окончательный ответ на этот вопрос. Однако кое-что уже проясняется.

Не так давно на атоллах Тихого океана довелось побывать советскому экологу 10. И. Сорокину. Его поразила на рифах необычайная плотность и активность бактерий. Они в массе скапливаются на пористых скелетах кораллов и на мертвой органике. Одновременно это натолкнуло исследователя на мысль, что именно бактерии могут быть первоосновой, на которой зиждется благополучие всего сообщества. Чтобы убедиться в этом, он тут же приступил к опытам, в которых благодаря применению радиоактивного углерода С14 мог точно определять, какую массу бактерий съедали кораллы.

Бактерии действительно оказались в рядах главных созидателей живого вещества. Выяснилось, что они извлекают биогены не из солей, а из растворенных в морской воде органических веществ, которые оседают на губчатых поверхностях мертвых кораллов. Бактериями питаются зоопланктон и сами кораллы. Благодаря своему мощному ресничному аппарату кораллы и прочие животные способны отфильтровывать даже единичные клетки бактерий. Переваривая их, они выделяют минеральные продукты обмена, в том числе азот и фосфор, которые сразу используются фитопланктоном. Теперь колесо жизни запущено: одни организмы, поедая других или вступая с ними в кооперацию, получают от них все необходимое.

Итак, у кораллов открыто три способа питания: хищничество, симбиотический фотосинтез и фильтрация. Это и позволяет им при скудных ресурсах среды использовать для поддержания жизни фактически любые доступные источники энергии. Кроме того, они умеют по-настоящему "дорожить" тем, чего мало. Биогенные элементы, однажды усвоенные полипом, попадают в замкнутый круговорот между кораллами и их водорослями и теперь будут ими многократно использованы. Оттого, что между симбионтами нет никаких посредников, круговорот всех прочих веществ пойдет быстрее.

Мы убеждаемся таким образом, сколько поучительного можно узнать у этих экзотических созданий, как много ценных мыслей могут они подсказать в деле рационального использования ресурсов нашего оскудевающего мира.

Схема круговорота веществ на коралловых рифах.

Три способа питания коралловых полипов: I — хищничество, II — симбиотический фотосинтез, III — фильтрация. Главные потребители коралловых полипов: 1 — рыба-попугай, 2 — морская звезда. Животные-санитары: 3 — рыба-бабочка, 4 — креветка. 5 — бактерии

На суше к самым продуктивным сообществам относятся дождевые тропические леса. В среднем они производят вдвое больше органического вещества, чем леса умеренного пояса и обычные сельскохозяйственные культуры. Одна из причин такого преимущества очевидна: в тропиках не бывает зимы и деревья могут расти круглый год, оставаясь в зеленом наряде. Однако при сравнении тропических лесов с нашими листопадными лесами и в летнюю пору преимущество все равно остается на стороне джунглей. Оказывается, и здесь на высокую продуктивность "работают" те же принципы, что в коралловом сообществе.

Почвы тропических лесов бедны перегноем. В отличие от нашей средней полосы большая часть питательных органических (и минеральных) веществ находится здесь не в почве, а в самой растительности. Как же возвращаются они из отмершей древесины в ткани живых растений, минуя почвенную стадию минерализации?

Вспомним о микоризе. В тропических лесах она особенно обильна. Недавние исследования, проведенные в бассейне Амазонки, показали, что, по-видимому, именно микориза играет в лесу роль "живой ловушки" питательных веществ. Очевидно, она способна прямо захватывать мертвые органические остатки, переводить их в минеральные соли и через гифы закачивать непосредственно в живые клетки корня. При этом в почву (откуда они были бы очень быстро вымыты дождевыми водами) просачивается очень мало растворимых солей.

Установлено, что микориза тропических деревьев способна также усваивать плохорастворимые формы минеральных элементов (например, извлекать фосфор из апатитов и горных пород), малодоступные растениям нашего климата. В итоге благодаря микоризе ускоряется круговорот питательных веществ, циркулирующих по замкнутой симбиотической системе. Теперь становится понятным, почему урожаи сельскохозяйственных культур, особенно однолетних, выращиваемых на месте сведенного тропического леса, быстро падают и пашни приходится забрасывать. Кто и откуда доставит растениям пищу, если нет больше ни ее источника, ни перерабатывающего и подающего механизма?!

Оголенная земля, становясь жертвой ливней, обрушивающихся на поля с силой Ниагарского водопада, лишается последних остатков перегноя, а нещадно палящее солнце и иссушающие ветры превращают ее в бесплодную латеритную пустыню. Вот и судите: природное высокопродуктивное сообщество уничтожено, а экономический выигрыш от посевов получился более чем скромный. Это не значит, конечно, что от земледелия на месте уже вырубленных лесов надо отказаться. Чем же тогда питаться все увеличивающемуся населению развивающихся стран, расположенных в тропическом поясе? Это указывает только на то, что его бессмысленно вести здесь в "европейском стиле", в котором преобладают монокультуры.

Особые условия, господствующие на землях, занятых симбиотическим сообществом, ставят две настоятельные проблемы. Во-первых, ради сохранения экологического равновесия и исправления печальных последствий неудачного землепользования (многих других соображений мы просто не можем касаться) необходимо оставить в неприкосновенности сохранившиеся массивы тропического леса. Во-вторых, для подъема урожайности во влажных тропиках надо вывести сорта, способные к "дружбе" с микоризными грибами. О том, что надо делать в-третьих, стоит сказать особо.