Большая часть моей карьеры была посвящена изучению конкретных экосистем и оценке мощных, но нераспознанных сил взаимовыгодного симбиоза и баланса между процессами конкуренции и кооперации, действующими в их пределах. В начале 1980-х гг. я изучал реципрокные положительные взаимодействия двустворчатых моллюсков прибрежных засоленных болот Новой Англии и крабов-скрипачей, которые, как мне кажется, являются оптимальным, ясным примером действия петель положительной обратной связи.

Растение спартина является «ключевым видом» в прибрежных засоленных болотах Западной Атлантики, что означает, что она создает и поддерживает пространственную структуру и неоднородность сообществ этой экосистемы[19]. Ключевые виды ответственны за физическую структуру, предоставляющую местообитание, убежище и поддержку организмов экосистемы. Они создают природную биологическую инфраструктуру.

Спартина периодически страдает от льда и штормов, но даже и в лучшие периоды от недостатка азота. Но к растению прикрепляются болотные мидии. Они добывают себе пропитание, отфильтровывая из морской воды мельчайшие частицы, и откладывают на корнях растений богатые азотом отходы жизнедеятельности. Мидии образуют плотные скопления и прикреплены к корням трав с помощью похожих на проволоку биссусных нитей. Травы реагируют на отложения азота, направляя корни в скопления мидий, превращая мидии в живые питательные насосы и своего рода волноотбойники, в то время как сами мидии под пологом трав получают защиту от хищников и от сильной летней жары. Такой симбиогенетический сад приводит к образованию жестких, густых зарослей подпитываемых мидиями болотных трав и береговых линий, защищенных от эрозии и повреждения льдом. В богатых отложениями низкоширотных прибрежных засоленных болотах штата Джорджия мидии играют еще более важную самоорганизующую роль, контролируя осаждение отложений и рост болот посредством фильтрации. В этих системах мидии отфильтровывают осадки из воды для получения пищи и откладывают на поверхность болота покрытый слизью осадочный материал, строящий и связывающий воедино экосистемы засоленных болот[20].

Но на возвышенностях рост спартины задерживается из-за слабого движения воды через плотный болотный торф и накопления мертвого растительного материала. Здесь на сцену выходят крабы-скрипачи. Крабы-скрипачи засоленных прибрежных болот находятся в зависимости от корней спартины, где они устраивают свои норы, и от наземной части травы, защищающей их от хищников. Подобно армиям мини-тракторов, крабы-скрипачи пробиваются сквозь болотные отложения и перерабатывают их в пищу, тем самым увеличивая поступление приливной воды через возвышенные места в болоте и облегчая циркуляцию питательных веществ.

В дополнение к демонстрации активных механизмов мутуализма, изменяющих экосистему, создаваемую организмами и одновременно обитающими в ней, пример североамериканских прибрежных засоленных болот способен объяснить еще один компонент всемирной аутопоэтической самоорганизации: иерархическую организацию (Рисунок 1.4 на вклейке). Впервые рассмотренная Лео Буссом 13 лет назад в отношении развития организма, иерархическая организация начинается с простой зависимости первоначальной колонизации любого организма от вторичных структур или процессов. По мере роста и развития колония усложняется, но это усложнение зависит от сравнительной простоты предшественника[21].

Ключевой вид – в нашем случае спартина – является пионером жизни в данной экосистеме. Так, при укоренении на новой береговой линии спартина увеличивает отложение осадков, замедляя ток воды, и со временем это приводит к образованию стабильной, хорошо дренированной среды обитания, в которую могут перебраться другие болотные растения. От моллюсков на каменистом пляже к крабам-скрипачам и большим голубым цаплям – все возрастающее разнообразие растений ведет к росту разнообразия и усложнению всей экосистемы. Иерархическая самоорганизация вырабатывает предсказуемое пространственное структурирование этих элементов в порядке следования от прежнего беспорядка.

Ученый-компьютерщик Герберт Саймон представил известную объяснительную притчу относительно такой организации, встречающейся в различных областях, от экономики до искусственного интеллекта, под названием «Притча о часовщиках». Герои этой притчи, два часовщика, Хора и Темпус, изготавливают прекрасные замысловатые часы из тысяч деталей. Хора может закончить свои часы быстрее и, следовательно, продать их больше вследствие простого изменения способа их сборки. Темпус добавляет каждую деталь по отдельности, что рискованно, так как при любой ошибке сборка частично собранных часов начинается сначала. Хора, вместо этого, создает модули по десять деталей в каждом. Сборки, которые создал Хора, позволяют увеличивать сложность в форме «модульной конструкции», осуществлявшейся в мире природы с самого начала, когда самовоспроизводящиеся молекулы, коэволюционировавшие в симбиотических ассоциациях в первичном микробном бульоне, эволюционировали в сложные клетки, растения, животных, экосистемы и цивилизации[22].

Постепенно заселяясь обитателями, прибрежные засоленные болота являются одними из самых продуктивных естественных экосистем на Земле. Это те самые экосистемы, сотни миллионов лет назад превратившие солнечную энергию в ископаемую растительную биомассу, ставшую топливом Великой промышленной революции XVIII века: углем. Эти экосистемы также породили первые цивилизации на часто затопляемых землях между Евфратом и Тигром, известных как Плодородный полумесяц, и на болотах Желтой реки в Китае. В моей ранней работе я предполагал, что положительные обратные связи, или мутуализмы, можно считать во многом ответственными за успех болотных экосистем, давших толчок возникновению этих первых цивилизаций. В более широком масштабе работа, подобная этой, является экспериментальным полигоном для взаимного улучшения среды обитания и межвидовых мутуализмов, наслоенных на неявные процессы иерархической организации. Последние, в свою очередь, являются способами проверки основных компонентов симбиогенеза и гипотезы Геи.

В 1980-х гг. исследования положительных взаимодействий считались просто милыми историями о жизни Природы, но не проблесками знания относительно движущих сил планетарной самоорганизации. Читая сообщения о термитах, нуждающихся в микробах для переваривания древесной целлюлозы, которую сами термиты усваивать не в состоянии, или о тропических муравьях Дэниэла Ханта Дженсена, защищающих деревья акации в обмен на сладкий нектар, либо о коэволюции бабочек и растений, изученной Полом Эрлихом и Питером Рэйвеном, мало кто усматривал в этих сообщениях общие правила, способные изменить экологическую теорию. Это были исключения из правил конкуренции и хищничества, известных лучше всего прочего экологам и эволюционистам, выросшим в условиях холодной войны[23].

В то время как теория Геи остается коррелятивной вследствие невозможности экспериментальной проверки из-за наличия в доступности лишь одной планеты, базирующиеся на ключевых биологических видах экосистемы воспроизводятся по всему миру. Это дало ученым возможность проверить, к примеру, изменяют ли деревья в тропических и умеренных лесах местный климат в сторону большей продуктивности и стабильности экосистемы, или как мутуализм кораллов и водорослей способен создавать и поддерживать разнообразные, самодостаточные системы коралловых рифов. Такая работа может помочь нам понять, как базовые предположения гипотезы Геи – наша глубокая, богатая история коэволюционной зависимости – способны проявляться сегодня[24].