Виды не видят друг друга

Споры вокруг теории нейтральности Хаббела, впервые сумевшей объяснить распределение растений в тропических лесах, не утихают уже несколько лет. Первоначально принятая в штыки из-за принципиальных разногласий с теорией экологических ниш, модель Стивена Хаббела получила новое подтверждение.

Как показало применение простой математической модели, построенной на основе теории нейтральности Игорем Волковым и Хайяном Банаваром из университета Пенсильвании, её выводы прекрасно согласуются с данными о численности различных видов, которую можно наблюдать в тропических лесах и коралловых рифах. Работа ученых опубликована в последнем номере журнала Nature.

Появившись на рубеже XX и XXI веков, теория нейтральности всколыхнула сообщество, занимающееся вопросами биоразнообразия и эволюции, тем, что игнорировала доминирующую на сегодняшний день теорию экологических ниш. Теория экологических ниш хорошо описывает разнообразие различных биологических видов растений и животных на нашей планете, однако она оказалась бессильной в объяснении особенностей их распространения в тропических лесах. Здесь ни один из многочисленных видов не образует заросли или рощи, все деревья и кустарники разбросаны по лесу в хаотическом порядке. В чем причина такого отклонения от нормы – ученые не могли понять, пока Хаббел, наблюдавший за тропическими лесами в течение многих лет, не предложил свою теорию нейтральности.

Хаббел показал, что пространственная картина распределения видовых обилий в тропических лесах выглядит так, будто никакой борьбы за ресурсы нет, а выбор одного ростка из тысячи, способных прорасти на этом месте, определяет случай.

Кажется, что все растения одинаково приспособлены к обильным дождям, яркому солнцу, питательности почвы и прочим факторам. Когда одно из растений погибает, на его месте прорастает другое, и вовсе не наиболее приспособленное.

Математические модели, основанные на теории нейтральности, хорошо объясняют распределение видовых обилий в тропических лесах, однако её слабым местом является ответ на вопрос, почему же они работают. Ответа на него до сих пор нет. То, что ресурсы ограничены – факт очевидный, и борьба за них должна иметь место.

Однако некоторые учёные были не согласны с ключевым тезисом Хаббела – тем, что теория применима. В работе 2006 года, также опубликованной в Nature, Мария Дорнелз и её коллеги из Университета Джеймса Кука в австралийском Квинсленде попытались полностью опровергнуть теорию нейтральности. Они использовали материалы, накопленные в ходе наблюдений за другой экосистемой, ничуть не уступающей по разнообразию обитающих там видов, тропическим зарослям. Наблюдая за обитателями Большого барьерного рифа, Дорнелз смогла различить виды, эволюция которых определила заселение определенных экологических ниш. С 2001 года, когда Хаббел опубликовал свои построения, была проведена масса других работ, часть из которых показывала её применимость, а часть – полностью ей противоречила.

В своей новой работе Волков и его коллеги отвечают на публикацию Дорнелз, обосновывая некорректность сравнения полученных ею результатов с выкладками теории нейтральности.

Они показывают, что детище Хаббела можно успешно применить к обитателям коралловых рифов, если все их сообщество разделить на более мелкие группы.

Эта необходимость объясняется учеными с той позиции, что коралловые заросли – существенно более сложные экосистемы по сравнению с тропическими лесами.

Кроме того, из их выкладок следует, что экологические системы, подобные кораллам и тропическим лесам, в ходе развития достигли определенного динамически стационарного состояния, определяющего набор различных видов на одной территории, а также относительные количества особей каждого вида. По мнению Игоря Волкова, дальнейшие шаги в теоретизации биологической науки должны быть предприняты в направлении соединения двух противоположных теорий нейтральности и экологических ниш.

На вопрос же, почему виды растений позволяют случаю решать, кому жить, а кому нет, однозначного ответа нет. Одной из правдоподобных версий, по мнению учёных, является следующая: пространственная рассредоточенность по тропическим зарослям позволяет растениям бороться с бактериями, вирусами и грибками, поражающими именно их листья, плоды или корневые системы. Если бы один из видов победил в ходе эволюции и стал доминировать в той или иной экосистеме, его неминуемо ждало бы исчезновение с лица земли, так как бактериям, вирусам и грибкам гораздо проще размножаться, если растения находятся рядом. Удаленное же их расположение существенно осложняет этот процесс, оставляя деревьям шанс.

Ученые из Пенсильванского университета полагают, что вместо того, чтобы опровергать теорию нейтральности, критикам следовало бы заняться сближением позиций. То, что математические модели, построенные на ней, хорошо согласуются с наблюдаемым разнообразием видов, уже говорит о жизнеспособности модели Хаббела, а отдельные расхождения с рядом экосистем говорят лишь о необходимости внести в неё уточнения и дополнения. Применение математических моделей в биологических науках становится все более мощным инструментом, а потому имеет смысл найти точки соприкосновения теории экологических ниш и нейтральной теории.

А главный вывод Волкова и его коллег не может не обрадовать теоретиков – пока подробное моделирование взаимодействия видов остаётся непосильной задачей, можно успешно двигаться вперёд, не обращая на него внимание. Подобно тому, как виды не обращают внимание друг на друга.