Эволюция будущего

Новый мир

Способны ли мы предсказать, каким может быть будущее направление процесса эволюции? Иногда было бы соблазнительно выдвинуть причудливые предположения о природе видов будущего, но всё равно это в целом ненаучно. Попытки предсказать форму, цвет и внешность новых видов были бы фантазией, но не наукой. И всё же возможно сделать предсказания другого рода, основанные на том, что мы узнали из летописи эволюции.

Первая вещь, в которой мы можем быть уверены, состоит в том, что после текущего массового вымирания останутся пустые экологические ниши, и эти ниши будут заполнены вновь эволюционировавшими видами. Но какой из видов заполнит конкретную нишу – это и есть тот самый вопрос, для ответа на который нужна кофейная гуща. Стивен Джей Гулд долгое время утверждал, что главным арбитром в решении вопроса о том, какой вид заменит недавно вымерший таксон, будет случай. Например, возможно, что исчезновение носорогов и слонов подстегнёт эволюцию какой-то группы видов антилоп в направлении гигантизма, чтобы заполнить опустевшее место; или возможная замена придёт со стороны домашних лошадей. Как всё случится – это большей частью дело случая. Однако другие эволюционисты не слишком уверены в том, что точка зрения Гулда верна. Палеонтолог Майкл МакКинни (среди прочих) утверждал, что лучшие возможности для заполнения новых ниш принадлежат тем таксонам, которые он называет супертаксонами, видам, которые принадлежат к группам, которые, в свою очередь, состоят из многочисленных видов. Примерами таких групп являются грызуны, змеи и воробьиные птицы – каждая из них чрезвычайно богата видами. МакКинни отметил, что, поскольку эти группы в целом состоят скорее из неспециализированных, чем из специализированных видов, их представители многочисленны – и что как раз те же самые особенности, что способствуют их численному преобладанию, также приводят и к способности быстро эволюционировать в разных направлениях на протяжении длительных периодов времени. Другой характеристикой этой группы является небольшой размер тела.

Во-вторых, предсказание облика какой-либо биоты будущего требует осмысления того, какова будет новая совокупность местообитаний на Земле. В процессе своего становления в качестве доминирующего вида на Земле человечество изменило положение дел, вызвав появление потока гена между некогда изолированными популяциями и сделав обычной вещью вторжение чужеродных видов – возможно, самое значительное изменение, появившееся в самой природе местообитаний. Человечество преобразовало поверхность Земли, создавая физические местообитания, которых ранее никогда не существовало. Путём создания мегаполисов, перехода от лесов, выросших естественным образом, к управляемым культурным лесопосадкам, распространения сельскохозяйственных ландшафтов, разбивки естественных ландшафтов дорогами, изменений в экологии океанов из-за исчезновения крупных рыб, мангровых зарослей, коралловых рифов и зарослей морских трав, а также химических изменений на суше и в воде из-за пестицидов и других химических загрязнителей люди, несомненно, окажут явное влияние на эволюцию в будущем. Естественный отбор произведёт новые разновидности живых существ, чтобы иметь дело с комплексом новых условий окружающей среды, с которыми никто на планете не сталкивался никогда прежде.

Города

В конце 1970-х я летел с полуострова Юкатан в Лос-Анджелес с остановкой в дороге в Мехико. Тогда как Лос-Анджелес был хорошо знаком мне в то время, я никогда не был в Мехико и ожидал новых впечатлений.

Наш самолёт взлетел с покрытого пышной зеленью Юкатана в солнечный день, и мы летели над хорошо различимой Мексикой. Полёт не был очень долгим, а пейзаж из гор и лесов тянулся далеко внизу под нами. Со временем я заметил вдалеке гору, которая была больше других, но, когда мы приблизились, я был удивлён безмерно. Прежде я никогда не видел горы, похожей на эту, совершенной куполообразной формы, коричневого цвета, невероятно высокую – зрелище, которое увеличивалось и превращалось в нечто неправдоподобное. Наш пилот развернул машину и взял курс прямо на вершину этой огромной горы, и когда мы были уже недалеки от столкновения с ней, я понял, что же это было: воздух над Мехико, гора из загрязнений, накрывающая огромное пространство под собой. Даже в 1970-х годах Мехико, возможно, был самым большим городом мира, и это было вполне вероятной картиной будущего, картиной того, что может получиться, если слишком большое количество бедных людей соберётся в одном из тех мест, которые мы теперь называем «города-гиганты».

Очень немногие животные преобразуют свою среду обитания в таких же широких масштабах, как Homo sapiens, и, возможно, ни одно изо всех наших преобразований не является столь же заметным, как образование городов. Тогда как многие из изменений, производимых человечеством, вроде сведения лесов, засевания полей и ухода за ними, нарушают, а затем заменяют один тип биологической системы на другой, градостроение – это повсеместное преобразование органического вещества в преимущественно неорганическое. Гнёзда термитов, городки луговых собачек и несколько других примеров – это лишь слабые намёки на этот процесс, но настоящие бетонные джунгли, конечно, до нас в целом были неизвестны.

Люди строили крупные города на протяжении тысячелетий, но наступление Промышленной Революции навсегда изменило природу городов. Некогда бывшие местами, где была сконцентрирована торговля и жизнь людей, с девятнадцатого и на протяжении всего двадцатого века города превратились в места, где были расположены фабрики и разные отрасли промышленности. Эффект от этого был равносилен грязи, принесённой в спальню. Эбенезер Ховард, один из первых городских архитекторов, описал эти новые города как «плохо вентилируемые, нераспланированные, неуправляемые и нездоровые». Французский архитектор Ле Корбюзье был более поэтичен в своём обвинении: «Они бесплодны по сути, они истощают наши тела, они противодействуют нашим душам».

Урбанизация явно преобразует Землю. На заре двадцать первого века более половины человечества живёт в городской местности. К 2030 году, по оценкам специалистов по демографии, в городской местности будет жить вдвое больше людей, чем в сельской. По состоянию на конец двадцатого века города и городские местности занимают примерно 2 % поверхности суши на Земле. Однако они используют около 75 % ресурсов Земли и производят соответствующее количество отходов. Они – это не только центры человеческой популяции, но и центры организованного человеком производства и потребления.

Урбанизация оказывает пять основных видов воздействия на среду: она вызывает усиленный спрос на природные ресурсы в местности, окружающей город; она нарушает естественный круговорот воды на территории города; она уменьшает биомассу и изменяет видовой состав в городе и вокруг него; она создаёт высокую концентрацию отходов, которая может изменить окружающую среду вокруг города, и она создаёт новые, но изменённые типы местности путём отсыпки грунта и мелиорации. «Мелиорируются», конечно, главным образом, естественные болотистые местности или озёра. Города заменяют естественные леса, поля и другую растительность бетоном и кирпичом. Эти изменения значительно влияют на течение воды через территорию города, в целом вызывая ускорение движения воды.

Канадский экономист Уильям Рис привлёк внимание к концепции «следа» городов – участка земли, требующегося для их снабжения продовольствием и изделиями из древесины, а также площадью (и зарослями растений), необходимыми для поглощения двуокиси углерода, которую они производят. Один такой «след» для Лондона был высчитан Гербертом Жирарде из Университета Мидлсекс в Великобритании. Лондон был первым из «мегаполисов», будучи первой городской территорией, которая достигла численности населения в один миллион человек. Используя анализы, впервые сделанные Рисом, Жирарде рассчитал, что размер следа Лондона в 125 раз превышает его территорию. Город раскинулся на 159000 гектаров, и, исходя из этого, его след составляет 20 миллионов гектаров. Это больше, чем все возделываемые сельскохозяйственные земли Великобритании, вместе взятые – лишь для 12 % общего населения Великобритании.

Все ключевые виды городской деятельности – транспорт, отопление, производство, выработка электричества и оказание услуг – полагаются на стабильное и регулярное снабжение ископаемым топливом. Лондону требуется 20 миллионов тонн нефти каждый год – и в процессе преобразования той нефти в энергию в атмосферу выбрасывается 60 миллионов тонн двуокиси углерода. Каждый день из Лондона вывозится почти 7000 тонн бытовых отходов.

Процесс урбанизации ускорился благодаря экономическим, политическим и биологическим факторам. Итогом либерализации политических систем во всём мире в последние десятилетия двадцатого века стала волна экономической активности, которая сопровождалась ростом городов. К сожалению, многие города по мере роста приходят в упадок или не могут продолжать обеспечивать очистку территории, снабжение продовольствием и предоставление не загрязнённой химическими веществами среды для жизни в одинаковом темпе с увеличением населения. Таким образом, бедность городов определяет направление многих из изменений, наблюдаемых в городах сегодня. Проекция на будущее текущих особенностей роста городов даёт основание предполагать, что к 2030 году будет существовать, как минимум, 100 «мегаполисов» с населением более 5 миллионов человек. Эти аномалии окружающей среды будут оказывать глубокое воздействие как на местный, так и, в конечном счёте, на глобальный климат.

Статистика по климату за последние десятилетия показала, что большинство городов теплее, чем окружающая их сельская местность. Таким образом, граница между сельской местностью и городом создаёт резкий температурный градиент, окружающий городской тепловой остров. Нагревание городов – это результат действия нескольких факторов. Первый из них – поглощение солнечной энергии. Большинство дорог и многих городских крыш сделано из тёмного материала, который поглощает больше солнечной энергии, чем окружающая сельская местность. Эти городские поверхности также обладают более высокой способностью к сохранению тепла; и бетон, и битумная поверхность крыши накапливают тепло в течение дня и отдают его ночью гораздо интенсивнее, чем это делает покрытая растениями поверхность земли. Во-вторых, города тёплые из-за того, что они производят большое количество искусственного тепла за счёт производства энергии. Наконец, концентрация большого количества людей и машин в городах создаёт заметные изменения в качестве воздуха. Высвобождение огромного количества двуокиси углерода и других парниковых газов, которые не могут сразу же рассеяться из самого центра города, создаёт изолирующий покров вокруг городского ядра.

Одним из самых существенных видов воздействия, оказываемого городами на природу, является образование и накопление ими отходов. В более ранние времена решение проблемы было простым: свалка мусора в более бедных кварталах. Хотя в более развитых областях эта система изменилась, она всё ещё практикуется в более бедных странах. Возможно, наиболее яркий пример этой практики имел место на Филиппинах. В 1950-х годах Манила начала сбрасывать возрастающие объёмы своих отходов в особенно бедном квартале. Мини-гору мусора окрестили «гора Дымок» из-за дымки от горящего метана, и она возвышалась на 130 футов выше уровня моря в городе, построенном на уровне моря. Ещё более поразительным, чем её размер, однако, была биомасса людей, существование которых поддерживала эта куча мусора. В начале 1990-х она была домом для приблизительно 20000 людей, которые зарабатывали на жизнь, перебирая и вторично используя мусор и поедая его остатки; там они жили, питались и размножались.

Огромное количество отходов, произведённых городами, преобразует Землю, и, несомненно, в той же степени способствует появлению новых течений в эволюционном развитии. Открытые ямы и кучи отходов являются местами размножения для возбудителей человеческих заболеваний, но ещё в большей степени они представляют собой среду обитания для легионов насекомых, птиц и мелких млекопитающих, живущих за счёт избытка пищевых продуктов. По оценкам, Нью-Йорк получает для своих человеческих жителей 20000 тонн продовольствия ежедневно. Приблизительно половина из этого преобразуется в человеческую энергию; остальное превращается в человеческие нечистоты и «потери». Эти неисчерпаемые ресурсы – альтернативная и перспективная эволюционная цель для животных, которые сейчас их используют. Ясно, что 10000 тонн пищевого материала не появлялись ежедневно на небольшой территории, ныне известной как Нью-Йорк, до появления там города; его относительно внезапное (по стандартам геологического времени) появление является несомненным стимулирующим фактором для их эксплуатации; также это могло бы подстегнуть эволюционные изменения в направлении оптимизации этой эксплуатации.

Вероятно, первыми последствиями эволюционных изменений в пределах этой системы являются поведенческие – аспект эволюции, который менее всего заметен, но, вероятно, принадлежит к числу самых быстрых из тех, что появляются путём естественного отбора. Тело крысы или таракана превосходно «преадаптировано» для проживания в этой новой среде обитания, на мусорной свалке, и, возможно, ему нужно весьма немного морфологических, или телесных, адаптаций, чтобы эксплуатировать её. Тем не менее, новые требования со стороны городской жизни, несомненно, воздействовали на генетически закодированные черты поведения этих животных, и продолжат воздействовать на них дальше. Поскольку мы рассматриваем животных, живущих за счёт наших отходов и мусора, главным образом как вредителей, мы стараемся истреблять их. Любая поведенческая особенность, которая помогает избежать такой судьбы, будет подхвачена отбором и быстро включена в генетическую систему этих животных. С течением веков мы не обязательно сможем увидеть новый вид живущих в городе организмов (хотя могли бы), но, тем не менее, последующая эволюция, большей частью поведенческая, будет продолжаться.

Некоторые представители фауны удивительно хорошо приспособились к неприветливым городским пейзажам, и так будет продолжаться – но их будет всё меньше и меньше.

Поведение – это не всё, что изменится; также для городских жителей, несомненно, будет необходимой и физиологическая адаптация[29]. Последствие существования городов и их отходов – наличие токсинов. Даже самые дорогие методы переработки отходов, вроде высокотехнологичных установок для сжигания отходов и так называемого «санитарного» захоронения мусора, производят токсины. Наиболее значимые среди них – тяжёлые металлы, соединения хлора и диоксины; они все могут быть обнаружены даже в золе установок для сжигания отходов. Эти и многие другие вещества просачиваются в потоки грунтовых вод и таким способом попадают в экосистему города. Животные, населяющие города, а особенно те, кто живёт в местах с высокой концентрацией токсинов, например, в канализации, в грунтовых водах и в глубине мусорных свалок, могли выработать адаптации, позволяющие противостоять высокому содержанию в ином случае смертельных химических веществ, высоким концентрациям кислот или щелочей, и даже повышенным температурам, которые характерны для тлеющих мусорных свалок.

Окончательные изменения, однако, могут быть морфологическими. Мы наверняка сможем увидеть эволюцию птичьего клюва, специализированного для питания из консервных банок, или крыс, у которых развилась покрытая жировой смазкой шерсть, чтобы её не смачивали токсичные сточные воды. Точно так же новые породы домашних кошек могли бы эволюционировать в сторону увеличения размера[30], чтобы расправляться с более свирепыми крысами. Но может ли эволюционировать нечто совершенно иное? Сможем ли мы увидеть эволюцию животного, специализирующегося на использовании наиболее очевидного среди всех ресурсов: людей?

Мировой климат будущего

Давайте представим себе мир, существовавший давно, очень давно: мир 750 миллионов лет назад. Это было время, когда только появились первые животные. Также это было время «Земли-снежка».

Открытие того факта, что несколько раз на протяжении своей истории Земля была покрыта льдом от полюса до полюса – одна из главных геологических находок конца двадцатого века. Недавно закончившийся ледниковый период бледнеет по сравнению с этими давними временами. Лёд заключил Землю в свои объятия, покрыв и сушу, и море. На планете фактически не было никакой жизни, кроме нескольких тёплых оазисов рядом с подводными вулканами. Открытие того, что это состояние «Земли-снежка» происходило не однажды, а неоднократно, хотя и очень давно, демонстрирует лишь один мах тяжёлого маятника, который мы называем климатом. Это также урок того, насколько экстремальными могут быть изменения климата – и, возможно, скоро будут.

Никто не ставит под сомнение тот факт, что человечество стремительно изменяет состав атмосферы, хотя всё ещё идут оживлённые дебаты относительно того, действительно ли эти изменения вызывают повышение среднемировой температуры, также известное как глобальное потепление.

Антропогенная, или инициированная человеком выработка таких газов, как двуокись углерода, метан, хлорфторуглеводороды, двуокись серы и оксид азота, резко возросла с начала Промышленной Революции. Все эти газы обладают способностью поглощать инфракрасное излучение и возвращать его обратно на Землю, производя известный «парниковый эффект». Чтобы лучше понять условия, с которыми столкнётся жизнь в будущем, мы должны лучше понять, каков будет газовый состав атмосферы.

Насколько нам известно, предсказание погоды – дело рискованное. Попытка сделать обоснованный долговременный прогноз на следующие несколько дней достаточно трудна. Попытка сделать то же самое на следующие несколько тысяч тысячелетий выглядит невозможной. Хотя в некоторых аспектах долгосрочный прогноз более точен, чем краткосрочный. Почти вся научная информация на сегодняшний день даёт основание предполагать, что глобальное потепление будет реальностью в долгосрочной перспективе.

Предсказания относительно возможности глобального потепления в течение следующих нескольких десятилетий и столетий сделаны на основании нескольких моделей, известных как Модели Общей Циркуляции (МОЦ). Отправной точкой этих моделей является предсказание о том, что количество двуокиси углерода в атмосфере в течение следующего столетия удвоится. Это удвоение, несомненно, окажет глубокое влияние на экологию, включая более значительное повышение температур в среднеширотных умеренных и внутриконтинентальных областях, чем в остальной части земного шара, уменьшение количества осадков в этих же самых среднеширотных областях и увеличение количества сильных штормов.

Такие изменения затронут всю биосферу, но будут оказывать наиболее явно выраженное воздействие на растительные сообщества. Поскольку накоплено достаточно много информации палеонтологического плана о том, как существовали виды и сообщества растений на протяжении резких изменений климата, которыми сопровождался конец ледникового периода в течение последних 18000 лет, есть некоторые основания для оптимизма в отношении того, что можно сделать разумные предположения, касающиеся грядущих изменений климата.

По мнению палеоботаников, к ближайшему будущему применимы четыре главных урока из недавнего прошлого. Во-первых, похоже, что на климатические изменения отвечают скорее отдельные виды, нежели целые сообщества. За последние 18000 лет видовой состав различных североамериканских лесов значительно изменился, хотя леса сами по себе сохранились. Общины и биомы в целом не отвечают на изменения климата, но вместо этого изменяют свой видовой состав. Во-вторых, ответы отдельных видов на изменение климата часто следуют с задержкой по времени. Особенно резкое изменение климата скорее истребит много видов растений, потому что они не способны распространяться семенами достаточно быстро, чтобы двигаться в одном темпе с изменениями. Например, тсуга канадская может распространяться семенами со скоростью 20-25 километров за столетие. Однако границы климатических поясов могут смещаться со скоростью более 300 километров за столетие.

Конечным результатом может быть локальное вымирание вида, если изменение климата было достаточно быстрым. Третья мысль состоит в том, что характер местных нарушений среды изменится вместе с изменением климата. Пожар – это одна из основных причин нарушения среды в современных лесных экосистемах; с изменением климата характер и частота крупных лесных пожаров также изменятся. Изменения в таких видах нарушений среды могут повлечь за собой больше изменений в экосистеме, чем само по себе изменение климата. В-четвёртых, похоже, что многократные изменения окружающей среды могут стать причиной непредсказуемых ответов со стороны экосистем. Если на данную экосистему оказывает воздействие достаточно много источников изменений, её ответы могут быть непредсказуемыми. Мы уже можем готовиться к тому, чтобы наблюдать образование наземных растительных сообществ, отличающихся от любых из них, существовавших в прошлом – но не путём образования новых видов (хотя это также может случиться), но путём появления нового состава в группах видов, у которых не было никаких аналогов в древних сообществах.

Другим фактором будет реакция растений на увеличенное содержание двуокиси углерода (CO₂) в атмосфере. Многие из растений в ответ на увеличенное содержание CO₂ усиливают свою фотосинтетическую деятельность и темпы роста. Поэтому результатом увеличения содержания CO₂ будут большая глобальная продуктивность растений, более быстрый рост и, возможно, увеличение размеров растений некоторых видов. С другой стороны, у растений существуют чёткие различия в их ответах на увеличение содержания CO₂. Некоторые растения (использующие ферментные системы, известные как C₄-путь фотосинтеза) уже сегодня насыщаются CO₂ в современной атмосфере и не станут отвечать более быстрым ростом или продуктивностью, если содержание CO₂ возрастёт глобально. Вторая, чаще встречающаяся группа растений (которая использует так называемый C₃-путь фотосинтеза) ответит на увеличение содержания CO₂ усиленным ростом. Есть также и другие определяющие факторы. Растения, живущие в условиях сильного стресса, и те виды, что населяют сильно нарушенные среды обитания, продемонстрируют менее выраженный эффект, тогда как более устойчивые к стрессу виды растений добьются большего успеха. Возможно, не станет никакой неожиданностью, что победителями в новой, богатой CO₂ окружающей среде, смогут стать сорные виды.

Хотя содержание CO₂ будет оказывать существенное влияние на состав растительных сообществ и темпы роста, намного более существенным фактором, воздействующим на состав и рост растительного сообщества, будет доступность воды. У разных видов растений существует огромное количество вариантов проявления их способности противостоять засухе, поэтому будущий характер распределения влажности и выпадения осадков по земному шару больше всего затронет облик растительных сообществ. Поскольку глобальные изменения температуры затрагивают распределение влаги по планете, растения будут вынуждены приспосабливаться к быстро изменяющимся условиям.

В главе «Понимание выгод биологического разнообразия растений» из завершающего двадцатый век выпуска в серии бестселлеров «Состояние мира» (“The State of the World”) ботаник Джон Таксхилл заключил, что во влажных тропических лесах уже наблюдаются первые признаки изменения содержания двуокиси углерода. Таксхилл обращает внимание на то, что «темп круговорота» тропических лесов – темп замены старых деревьев более молодыми – неуклонно ускорялся, начиная с 1950-х годов. В результате изучаемые леса «омолаживаются» путём усиления доминирования короткоживущих деревьев и одревесневающих лиан, которые растут быстрее, чем высокие деревья с твёрдой древесиной, которые составляют старые климаксные сообщества. Такие тенденции способствуют радикальной смене в видовом составе тропического леса. Таксхилл также отмечает следующее:

Можем ли мы в таких условиях ожидать существенной будущей эволюции в лесных сообществах? Поскольку уже эволюционировало очень высокое разнообразие растений, вероятно, найдётся много видов, «преадаптированных» к новым условиям, которые определяются теперь глобальными изменениями в атмосфере. Конечно, можно рассуждать и выдумывать новые виды растений, эволюционирующих, чтобы воспользоваться преимуществами более высокого содержания двуокиси углерода, но действительность состоит в том, что в истощающихся лесах планеты может возникнуть очень немного новых эволюционных изменений.

Океаны

Что отделяет текущее массовое вымирание от вымираний прошлого – так это то, что в океанах было немного, или же вовсе не было случаев вымирания, и что изменения температуры, токсичности и других факторов окружающей среды были невелики по сравнению с изменениями на суше. Но надолго ли?

Хотя океаны не подверглись воздействию события, эквивалентного вымиранию мега-млекопитающих, характеризующему последние 50000 лет на суше, было бы ошибкой предположить, что какого-либо вымирания не произошло совсем. Эксплуатация морских ресурсов не уничтожила ничего, кроме горстки видов, но её эффекты, от крупномасштабного исчезновения китов и других морских млекопитающих до сокращения численности крупных видов рыб, используемых в пищу людьми, значительно преобразовали биологический облик океанов и пути, по которым энергия распространяется в их сообществах.

Хотя великий британский зоолог Томас Гексли полагал, что «все крупные места рыбного промысла неисчерпаемы», результаты ста лет эксплуатации противоречат этому заявлению. Сокращение численности крупных хищников в море представляет собой радикальное реструктурирование единого и самого крупного местообитания на Земле. Возможно, что это реструктурирование даст толчок будущей эволюции, но может ли произойти хоть какая-нибудь вспышка эволюции, пока существует промысловый прессинг?

Люди зависят от океана как от источника пищи, сырья и полезных ископаемых, транспортных путей, поэтому напряжение, связанное с использованием этих благ, очевидно. По некоторым оценкам, доля переэксплуатированных морских ресурсов возросла с почти ни одного в 1950 году до величины между 35 % и 60 % к концу двадцатого века. Самыми актуальными угрозами для океанов, по мнению 1600 учёных, внёсших свой вклад в программу провозглашённого Организацией Объединённых Наций в 1998 году Года Океанов, являются переэксплуатация видов, деградация среды обитания, загрязнение, изменение климата и завоз чужеродных видов. Как выразился один из этих учёных, «слишком много взято из моря, и слишком много брошено в него».

Использование рыбных запасов в конце двадцатого века колебалось. Мировая популяция человечества получала 6 % всех белков и 16 % белков животного происхождения из моря, и более миллиарда человек полагались на рыбу как на источник, как минимум, 30 % потребляемого животного белка. До 90 % этого улова происходит из прибрежных районов (которые также дают, как минимум, 25 % первичной биологической продукции на Земле).

Основные виды рыб, показывающие явное снижение доли в улове, включают акул, тунца, меч-рыбу, лосося и треску. Когда их запасы снижаются, вместо них эксплуатируются новые виды. На протяжении 1980-х годов пять малоценных видов – перуанский анчоус, южноамериканская сардина-пильчард, японская сардина-пильчард, чилийская скумбрия и минтай – составляли большую часть новых уловов. Кроме того, эффективность лова рыбы теперь такова, что ранее изобильные районы моря становятся биологическими пустынями. Некогда богатая рыбой Большая Ньюфаундлендская банка близ Канады теперь лишилась трески, которая когда-то встречалась в таком изобилии; промысел королевского краба на Аляске пришёл в упадок; лова атлантического большеголова в южной части Тихого океана, по сути, не существует. Траление – практика волочения сетей и снастей по океанскому дну – теперь распространено настолько широко, что, по оценкам, каждый район континентальных шельфов во всём мире был протрален, как минимум, единожды каждые два года.

Растущая человеческая популяция также оказывает воздействие на прибрежные районы. Две трети крупнейших городов мира расположено на побережьях, и воздействие на окружающую среду со стороны этих процветающих человеческих поселений радикально изменяет море. Уничтожение зарослей морских трав и мангровых лесов, чтобы дать возможность селиться людям, оказало заметное воздействие на запасы рыбы, поскольку эти местообитания являются нерестилищами для многих важных видов.

Моря также являются конечным пунктом накопления многих видов антропогенных загрязнений. Речные системы уносят сброшенные в воду отходы в море; ветры несут воздушные загрязнения в море; огромное количество питательных веществ из близлежащих городов порождает плотные ковры морских водорослей, которые в итоге сгнивают в море. Такие вспышки роста водорослей забирают кислород из воды и создают обширные «мёртвые зоны». Значительная часть Мексиканского залива сейчас страдает от наличия таких мёртвых зон. Другие последствия попадания питательных веществ в океаны – это увеличение частоты «красных приливов» и частоты отравлений моллюсками с симптомами в виде паралича. Синтетические органические вещества в итоге также попадают в море, как и радиоактивные материалы, а также тяжёлые металлы вроде ртути.

Все эти факторы делают океан одним из самых мощных котлов, где кипят будущие эволюционные изменения. Но среди всех экосистем Земли в океанах можно наблюдать наименьшее количество случаев вымирания на видовом уровне, и, как это, возможно, ни парадоксально, наибольшую интенсивность новой эволюции. Причин тому несколько. Во-первых, несмотря на наши лучшие усилия, даже полностью переэксплуатированные и впоследствии «подорванные» стада промысловых видов не вымерли. Но они не восстановятся, пока продолжается лов рыбы – и пока существует большая человеческая популяция, будет и перепромысел. В то же время большой размер океанов и их изначальная незаселённость людьми всегда будут создавать буфер для морских существ. Попытайся мы заселить их, океаны всегда останутся преобразованными гораздо меньше, чем суша. Таким образом, как только образуются новые виды (вначале всегда в виде крошечных изолированных популяций), у них будет меньше шансов на то, что человеческое вмешательство немедленно остановит новый процесс видообразования.

Во-вторых, устранение хищников на вершине пищевой пирамиды – видов, наиболее интенсивно эксплуатируемых людьми – оставит пустоту, которая будет заполнена путём естественного отбора и нового видообразования. Хотя люди эксплуатируют верхнюю часть морских пищевых цепочек, их более низкие трофические уровни едва затронуты. Люди не эксплуатируют, например, веслоногих ракообразных, мелких червей и других беспозвоночных, составляющих большую часть океанской биомассы. Эволюционируют новые виды, которые заполнят вакуум, созданный резким сокращением численности промысловых видов рыб.

Кто же эволюционирует, чтобы занять место крупных видов рыб? Поскольку рыбы, как показывает летопись окаменелостей, выглядят способными к быстрой эволюции, возможно, что новыми видами будут другие рыбы. Но если в процессе эволюции появится крупный вид рыб, чтобы заменить тех, кто стал малочисленным или вымер в результате перелова, то вновь может проявиться та же самая тенденция, и он сам пострадает от перелова. Более вероятно, что либо эволюционирует много мелких видов рыб, либо что места в верхних частях морской пищевой цепи будут заполнены крупными беспозвоночными[31].

Сельскохозяйственные земли

Самым большим отдельно взятым типом местообитаний на поверхности суши вскоре будут сельскохозяйственные земли. Большая часть древних лесов и более сухих травянистых равнин и саванн Земли была превращена, или же находится в процессе преобразования в фермы, и это преобразование внесёт основной вклад в новые эволюционные события. Но, если фермерские поля преобладают, то вторым из основных типов местообитаний, увеличивающихся в размерах, будут пустыни. Очень часто поля превращаются в пустыни при использовании несовершенных методов ведения сельского хозяйства и снижении доступности воды.

К концу двадцатого века возможность увеличения производства зерна путём обработки большей площади земель фактически исчезла. С 1950 по 2000 гг. увеличение урожаев зерна происходило за счёт превращения лесов и природных травянистых равнин в поля для выращивания зерна, но эта возможность была исчерпана. Немногие области, которые остались пригодными для эксплуатации, включают серрадо в Бразилии, полузасушливую область к востоку от центральной части страны, область вокруг реки Конго в Африке и внешние острова Индонезии. В то же самое время обширные области, в настоящее время используемые для выращивания зерна, будут утеряны из-за необходимости расселения людей, или из-за эрозии почв и деградации земель. Площадь возделываемых земель в пересчёте на одного человека на Земле, как ожидается, уменьшится с 0,23 гектара в 1950 г. до 0,12 гектара в 2000 г. и до 0,07 гектара к 2050 г.. Площадь возделываемых земель в Индии, например, не будет увеличиваться, но, по оценкам, к 2050 году она должна будет кормить дополнительно 600 миллионов человек. К этому же самому времени Китай должен будет кормить в целом 1,5 миллиарда человек.

В выигрыше в сельскохозяйственных местообитаниях окажутся насекомые и грызуны, а также хищники, добывающие тех и других. Как и в случае с одомашненными животными, вполне возможно, что со времён начала сельского хозяйства, почти десять тысяч лет назад, уже произошло значительное количество эволюционных изменений, не замеченных ранее жившими людьми. Специалист по таксономии, исследующий видовой состав насекомых и грызунов в мире до начала ведения людьми сельского хозяйства, мог бы быть удивлён тем, скольких видов, которые обычны сегодня, не существовало в те времена. Грызуны, как известно, обладают одним из самых быстрых темпов эволюции на Земле; тысяча лет – это более чем достаточное время для того, чтобы создать новый вид, а эти десять тысяч лет, прошедшие с начала сельского хозяйства, возможно, были свидетелями повсеместного и быстрого увеличения численности мелких зверьков, населяющих возделываемые грядки. Тот же самый процесс, конечно же, прошёл и среди насекомых – возможно, даже более широкомасштабный, чем среди грызунов. Поскольку животных такого размера не так легко наблюдать или потревожить усилиями людей, направленными на уменьшениие их вреда, волна эволюции, вероятно, продолжится. Армии новых видов муравьёв, жуков и грызунов выглядят вполне вероятным событием.

Человеческая популяция

Десять тысяч лет назад на Земле существовало, самое большее, от 2 до 3 миллионов человек. Не было никаких городов, никаких крупных скоплений населения; люди были редкими зверями, рассеянными по кочевым кланам или группам, или в лучшем случае по недолговечным постоянным поселениям. На всём земном шаре было меньше людей, чем теперь живёт практически в любом крупном американском городе. Ко времени около двух тысяч лет назад численность возросла почти стократно, до 130, или, возможно, до целых 200 миллионов человек. Миллиардная отметка была достигнута в 1800 году, а к 1930 г. было 2 миллиарда человек, 2,5 миллиарда в 1950-м, 5,7 миллиарда в 1995-м, и примерно 6,5 миллиарда в 2000-м. При таком темпе роста человеческая популяция, как ожидается, превысит 10 миллиардов когда-нибудь между 2050 и 2100 гг., если считать ежегодный прирост равным 1,6 %. Хотя этот темп несколько уменьшился по сравнению с темпом роста в 2,1 %, характеризующим 1960-е годы, он остаётся впечатляющей величиной.

В 1992 году Организация Объединённых Наций опубликовала основополагающее исследование, где были высчитаны потенциальные тенденции, связанные с человеческой популяцией, ставшие основанием для нескольких оценок. К 2150 году человеческое население может достигнуть численности примерно в 12 миллиардов, если значение рождаемости человека снизится с нынешних 3,3 детей на одну женщину до 2,5 детей. Если, однако, население в самых быстрорастущих регионах мира продолжит увеличиваться и поддерживать свой текущий уровень рождаемости, средняя рождаемость по всему миру увеличится до 5,7 детей на одну женщину и человеческое население может превысить 100 миллиардов человек когда-нибудь между 2100 и 2200 годами. Последняя величина, похоже, лежит за пределами способности планеты к поддержанию такого населения. Официально же Организация Объединённых Наций использует три оценочных величины для 2150 года: самая низкая оценка – в 4,3 миллиарда, средняя оценка в 11,5 миллиарда и высокая оценка – 28 миллиардов.

Предсказание будущей численности населения – это дело, трудное из-за множества переменных величин, используемых для решения данного вопроса. Исчерпывающе полной работой последнего времени является вышедший в 1995 году труд Джоэла Коэна «Сколько людей может выдержать Земля?» (“How Many People Can the Earth Support?”) Выводы Коэна однозначны:

Конечно, существует много причин, по которым не может быть достигнута более высокая численность человечества. Человеческая болезнь, вроде тех, что вызываются ВИЧ или некоторыми другими патогенами, может оказать влияние на эти цифры; голод или война также могут заметно уменьшить их. Если исключить такие бедствия, наше население, составляющее на рубеже тысячелетий примерно 6 миллиардов человек, по крайней мере, удвоится за время чуть больше века или около полутора веков. Когда численность достигнет приблизительно 12 миллиардов человек, считается, что население стабилизируется.

Более 200 лет назад британский ученый Томас Мальтус описал одну из самых тяжёлых проблем роста человеческого населения. Тогда как численность нашей популяции возрастает экспоненциально, снабжение человечества продовольствием имеет тенденцию к увеличению в линейном масштабе, по мере того, как больше земель осваивается под сельское хозяйство. Неизбежный вывод состоит в том, что рост человеческого населения имеет тенденцию обгонять снабжение продовольствием. Аналогичным образом человеческая популяция, вероятно, обгонит темп увеличения снабжения незараженной и незагрязнённой пресной водой.

Вода действительно может стать самым критическим фактором в определении максимальной численности человеческой популяции, которую может поддерживать Земля. Хотя запас воды на Земли огромен, большая часть этой воды солёная, содержащаяся в океанах. Количество пресной воды гораздо меньше – лишь небольшой процент от общего количества. Кроме того, примерно 69 % этой пресной воды связано в ледниках, постоянном снежном покрове или водоносных пластах глубиной более километра, и всё это недоступно для людей. Приблизительно 30 % представлено доступными грунтовыми водами, и остаётся 0,3 % в пресноводных озёрах и реках. Это составляет приблизительно 93000 кубических километров жидкой пресной воды на поверхности Земли. Эта вода, однако, не остаётся на месте: она испаряется в атмосферу или просачивается в скопления грунтовых вод. Таким образом, для человеческого сельского хозяйства каждый год доступны возобновимые запасы пресной воды в общем количестве от 9000 до 14000 кубических километров.

Люди используют воду шире, чем только для сельского хозяйства. Люди выпивают примерно по 2 литра воды в день в умеренном климате и, возможно, в три раза больше в засушливом климате. Но питьё составляет наименьшую часть человеческого водопотребления. В развивающихся странах потребление воды на все домашние нужды – включая приготовление пищи, потребление и стирку – составляет примерно от 7 до 15 кубических метров воды в год на человека. Средний человек в развитой стране использует вдвое большее количество. Однако эти цифры бледнеют, если рассчитать количество воды, необходимой для того, чтобы прокормить каждого человека на Земле. Требуется примерно 200 тонн воды в год на человека, чтобы вырастить достаточное количество пшеницы для поддержания существования этого человека на «супермодельной» (a.k.a. голодной) диете. В пересчёте это составляет приблизительно от 350 до 400 кубических метров воды на человека в год – пускать в землю по 300 галлонов в день. Питание мясом требует ещё большего количества воды. Если 20 % рациона составляют продукты животного происхождения (мясные и молочные), требуется примерно 550 кубических метров воды в год на человека, тогда как типичная американская диета требует для производства 1000 кубических метров воды каждый год.

Некоторые представители фауны приспособились к более водному образу жизни, хотя и в деградированной окружающей обстановке, как на этом новом пресноводном «древе жизни».

Специалисты по водным ресурсам вычислили максимальную, среднюю и минимальную оценку для количества воды, доступной для сельского хозяйства: максимальное количество – 41000 кубических километров воды, среднее – 14000 и минимальное – 9000. Если предположить, что вся эта вода используется для производства и потребления человеческой пищи, наивысшее значение позволило бы существовать мировой популяции численностью от 25 до 35 миллиардов человек на американской диете и от 100 до 140 миллиардов на уровне, близком к жизни впроголодь. И всё же предположение о том, что вся доступная вода может использоваться для сельского хозяйства, просто смешно; фактически же примерно 80 % используется для других целей, особенно в промышленности. Более разумной оценкой будут те 20 % общего объёма воды, доступные для сельского хозяйства. С этим количеством мир может поддерживать существование, самое большее, от 5 до 7 миллиардов человек на американской диете, предполагая, что доступно 41000 кубических километров воды, и лишь от 1,1 до 1,6 миллиарда, принимая самое низкое значение в 9000 кубических километров. Даже на голодной диете мир может поддерживать существование от 20 до 30 миллиардов человек, если считать, что максимальная оценка доступности воды является верной, но лишь от 4 до 6 миллиардов, если правильным будет минимальное значение. Таким образом, человеческая популяция Земли на данный момент уже может превышать возможности планеты к поддержанию нашего существования, основанные лишь на доступности воды.

Паразиты и новая манна небесная

Мир редко видел более поразительные преобразования: немногим больше, чем за триста лет большая часть биомассы наземных животных перераспределилась с множества видов лишь к нескольким. Наиболее заметными среди этих новых победителей являются люди и домашние животные, разводимые, чтобы их кормить. Поскольку эволюционные силы имеют тенденцию отвечать на наличие новых ресурсов, мы могли бы ожидать потрясающего количества новых эволюционных шагов среди паразитов человека, коров, овец и свиней.

Эволюция паразитов обычно жёстко связана с эволюцией нового вида-хозяина. Паразиты требуют специфической адаптации к телу хозяина, которое они населяют. Человечество долго существует на Земле, и у нас долгое время была своя часть паразитов. Но огромный рост населения, начиная с конца восемнадцатого века, создал крупные человеческие популяции в областях, где когда-то проживало мало людей, особенно в более влажных и жарких тропических областях, и последствием этих изменений, несомненно, был естественный отбор всё более и более эффективных паразитов человека. Хотя новых хищников, питающихся людьми, равно как и человеческих паразитов должна создать одна и та же тенденция, успешная эволюция эффективного и нового хищника, питающегося людьми, является долговременным и в конечном счёте бесполезным процессом: как только мы, люди, почувствуем ветер любых эволюционных перемен, причиняющих какой-то вред нам самим, а особенно нашим детям, мы предпримем немедленные и, несомненно, успешные усилия по искоренению опасности. Истребление новых паразитов, однако, является гораздо более трудным делом, особенно если они очень небольшого размера, вроде микробных форм. Именно на этой арене можно будет обнаружить некоторых из самых интересных и плодовитых новых видов грядущей биоты.

Токсичность

Деятельность человечества быстро изменяет химический облик поверхности Земли и её вод и океанов. Большинство из этих химических изменений коренится в вызванном человеком загрязнении, в результате образования городских, промышленных и сельскохозяйственных отходов. Эти отходы можно чётко разделить на такие категории, как питательные вещества, металлы, а также синтетические и промышленные органические загрязнители. Все эти загрязнители бросают вызов живым организмам, и несомненно, что в некоторых случаях будущая эволюция будет вызвана реакцией на новый уровень содержания этих веществ и адаптацией к ним.

Питательные вещества, такие, как нитраты и фосфаты – причина эутрофикации, взрыва биологической активности. Антропогенные источники этих веществ включают синтетические удобрения, сточные воды и отходы, производимые животными в откормочных хозяйствах. Большая часть этих питательных веществ, ставших загрязнителями, попадает в реки. Э. Гоуди и Х. Уайлс в совместно написанной книге «Преобразованная Земля» (“The Earth Transformed”) утверждают, что уровень содержания нитратов и фосфатов в английских реках увеличился от 50 % до 400 % лишь за последние 25 лет.

Металлы, второй крупный класс загрязнителей, встречаются естественным образом в почве и в воде, но их естественные концентрации были значительно увеличены благодаря человеческой деятельности. Наиболее ядовиты для людей свинец, ртуть, мышьяк и кадмий. Другие металлы, ядовитые для морских организмов, включают медь, серебро, селен, цинк и хром.

Начиная с 1960-х годов синтетические и промышленные загрязнители также выпускались и в больших количествах попадали в окружающую среду. Синтетических органических веществ, в настоящее время попадающих в окружающую среду, ныне насчитываются десятки тысяч видов, и многие опасны как для наземной, так и для водной жизни даже в низкой концентрации. Наиболее опасные из них включают инсектициды из числа хлорированных углеводородов (такие, как ДДТ), ПХБ[32], фталаты (которые используются в производстве поливинилхлоридных смол), ПАУ[33], которые образуются при неполном сгорании ископаемого топлива, и ДБФы[34], которые являются дезинфицирующими средствами. Все эти соединения имитируют естественно образующиеся органические соединения и легко поглощаются живыми организмами, вызывая врождённые уродства, генетические аномалии, проблемы со здоровьем и смерть. У людей некоторые из этих соединений вызывают снижение количества сперматозоидов.

Ещё один вид химических изменений вызывает повышение кислотности среды. Известное явление кислотного дождя изменяет pH многих наземных местообитаний, вызывая биологические проблемы и даже локальное вымирание среди некоторых видов организмов.

Разрушение озонового слоя

В 1980-х годах учёные, а вскоре после этого и широкая общественность, узнали о потерях озона в верхних слоях атмосферы. В значительной степени истончение озонового слоя было вызвано выбросами в атмосферу хлорфторуглеводородов (ХФУ). Долговременное сокращение содержания озона оказало бы глубокое эволюционное воздействие, поскольку озон экранирует ультрафиолетовое излучение, которое при достаточно длительном воздействии губительно для живой материи. Если продолжится долговременное снижение содержания озона, организмы будут вынуждены приобрести в процессе эволюции новые структуры или физиологические механизмы для противодействия избытку УФ-излучения.

Все эти накапливающиеся химические изменения будут требовать выработки у множества организмов определённых физиологических адаптаций. Хотя наиболее очевидными эффектами эволюции являются видимые изменения в строении тела, гораздо больше эволюционных изменений произойдёт на поведенческом и физиологическом уровне. В таких случаях эволюционное изменение не столь явно заметно. Но во всё более и более токсичных местообитаниях Земли они останутся наиболее обычными типами будущей эволюции.

Пророчество

Факторы, описанные выше, можно использовать, чтобы выбрать потенциальных эволюционных «победителей» будущего: организмы, приспособленные к жизни в городах или сельскохозяйственных районах, и способные жить в загрязнённых воде или воздухе. Многое в будущей эволюции может быть невидимым, поскольку происходит у уже существующих животных путём появления изменений в поведении и физиологии. Можно ли вообразить какое-то видение нашего мира, даже через тысячу лет после настоящего времени? Приношу свои извинения Г. Дж. Уэллсу (и тем, кто требует, чтобы книги о науке оставались «серьёзными» и строгими), но вот мой взгляд.

Преобразование домашних растений и животных – от старого избирательного размножения до сегодняшней генной инженерии – оказало огромное воздействие на все живые существа на планете.