Торможение развития популяции по С.С. Шварцу
Рассказывает Станислав Семёнович Шварц, директор Института экологии растений и животных:
«Если вы возьмёте два одинаковых аквариума и поместите в один десять головастиков, а в другой - сто, то в первом все десятеро очень быстро превратятся в лягушат, а во втором развитие пойдёт куда медленнее, и лишь небольшая часть из населяющей его сотни закончит метаморфоз, остальные же законсервируются на промежуточных стадиях.
Теперь возьмём воду из второго аквариума и перельем её в аквариум, где, как и в первом в начале опыта, всего десять головастиков. Мы увидим, что развитие всех десяти в нём затормозится. Видимо, головастики в процессе своего развития выделяют в воду некое вещество, которое служит химическим сигналом, отвечающим на вопрос «сколько нас?» Если смысл несомого им сообщения «нас слишком много!», то сигнал воспринимается как приказ большинству головастиков затормозиться в своём развитии с тем, чтобы дать возможность закончить метаморфоз и выйти на сушу - выйти в люди, если хотите, - самым сильным, которые должны продолжить лягушачий род. Эта химическая сигнализация в поселении головастиков была обнаружена не в нашей лаборатории - свою работу мы начали с этого уже известного факта.
Мы задались вопросом: на кого сильнее будет действовать химический приказ «прекратить развитие!» - на далёких друг от друга головастиков или на близких родственников, братьев и сестёр, например. Оказалось, что с особой силой продукты обмена веществ головастиков - метаболиты - действуют на близких родственников. Поначалу такой результат нас удивил, но потом мы поняли, в чем тут дело. Ведь всякое переуплотнение популяции ведёт к гибели животных. И если бы головастик в первую очередь давил чужих, неродственных ему особей, то выжили бы лишь члены одной семьи. Но, как хорошо сейчас известно любому образованному человеку, близкое родство будущих родителей вредно для потомства, оно ведёт к вырождению. Поэтому когда перед головастиками встала проблема - работать в пользу своей семьи или в пользу своего племени, то природа решила, что племя важнее.
Затем последовали опыты, пожалуй, ещё более интересные. Мы изготовили так называемые гомогенаты тканей головастиков - кашицу из их клеток. Кашица эта дышит, и дыхание её можно уловить с помощью специальных приборов и выразить в точных цифрах. И вот выяснилось, что гомогенат, помещённый в воду с растворёнными в ней продуктами жизнедеятельности головастиков, либо усиливает, либо замедляет свой «пульс». Дыхание кашицы, таким образом, зависит от метаболитов - продуктов обмена веществ. Следовательно, они воздействуют на процессы, происходящие уже даже не на клеточном, а на молекулярном уровне...
Почти год спустя я вновь услышал, как Станислав Семёнович рассказывает об этих своих работах, на этот раз дело было не на Урале, а в Москве. Шло общее собрание Академии наук, посвящённое проблемам защиты биосферы и охраны природы в век научно-технической резолюции. Стоял июнь 1973 года, только что мы подписали соглашения с американцами о совместных работах в этой области, и интерес к докладам наших ведущих учёных был всеобщим.
Станислав Семенович на этом представительном собрании не стал вдаваться в частности экспериментов, он говорил тут о самом важном:
«Изменение условий среды может привести к резкому повышению смертности животных. В популяции возникает сигнал: «нас становится мало». Этот сигнал приводит к кардинальному изменению физиологии всех членов популяции, направленному к единой цели: мобилизовать все резервы популяции и перестроить её организацию таким образом, чтобы свести к минимуму затраты энергии на поддержание нормальной жизнедеятельности, повысить стойкость отдельных её членов к повреждающим факторам среды с тем, чтобы вновь расплодиться в любой подходящий для этого момент. Для того, чтобы показать масштаб и подлинное биологическое величие подобных преобразований, достаточно сказать, что в сообществах, которым предназначено пережить трудный период и сохранить жизнь вида до благоприятных для размножения времён, сам темп процесса старения снижается в несколько раз и резко изменяется структура популяции. Резко нарастает относительное число, самок, а у ряда видов численность популяции увеличивается за счёт того, что и рождаются преимущественно самки.
Механизмы, позволяющие популяции поддерживать свою численность в условиях, гибельных для отдельных животных, бесконечно разнообразны. Вот один из примеров.
Когда в популяции американских лопатоногов (экологических аналогов наших жаб) поступает сигнал «водоём высыхает, нас слишком много, гибель от голода неизбежна», часть животных коренным образом преображается, растительноядные головастики становятся активными хищниками. И эти хищники-каннибалы спасают популяции от неизбежной гибели.
...Популяция определяет свою судьбу, дирижируя физиологическим состоянием слагающих её индивидов. Однако организмы способны прогностически целесообразно реагировать на изменение внешней среды, лишь оставаясь частью популяции. Разрушение популяции превращает её бывших членов в беспомощный конгломерат индивидов, обречённых на гибель».
И далее Шварц рассказал о том, что я уже знал после встречи с ним в Свердловске. Тонкая химическая регуляция, позволяющая популяции самоорганизоваться в трудных условиях, - этот удивительный механизм, доведенный до совершенства природой и разгаданный в лаборатории, предстал теперь перед ведущими специалистами страны в чётких, строго сформулированных фразах Станислава Семеновича Шварца.
«Система этой регуляции, - продолжал он, - работает таким образом, что даже катастрофически высокая смертность не вызывает нарушения популяционной структуры, гарантируя тем самым восстановление численности популяции в кратчайшие сроки. Овладеть методами такой регуляции численности животных и растений - это значит сделать ненужными дорогие и опасные методы химического подавления или стимуляции развития организмов, которыми пользуется сейчас человек».
- Мы уверены - работа эта имеет прямой и быстрый выход в большую практику, - убеждённо, напористо говорил мне Шварц в Свердловске, и слова эти появились в его интервью в нашем журнале, - а потому мы расширили круг наших исследований: эксперименты идут в институте теперь не только на головастиках, но и на личинках комаров и рыб».
Левитин К.Е., Всё, наверное, проще…, М., «Знание», 1975 г., с. 14-17.