Прежде чем увидеть масштаб и степень угроз, направленных как против современной человеческой цивилизации, так и исходящих от нее, важно понять, что именно экосистемы делают для нас. Слишком часто такое слово, как «экосистема», встречается как нечто где-то «там», место за пределами наших миров, например, как лес или озеро, и поэтому его разрушение может показаться печальным, но не обязательно важным. Но люди по-прежнему, как и наши предки на протяжении всей истории и предыстории человечества, извлекают выгоду из экосистем, предоставляющих целый ряд ценностей и услуг, как объясняет Гретхен Дейли в своей работе 1997 г. «Службы природы: социальная зависимость от природных экосистем». «Экосистемные услуги» могут варьироваться от микробиологической обработки сточных вод, дающих чистую питьевую воду, до стабилизации почвы с помощью растений, предотвращающих эрозию и дающей возможность развиваться сельскому хозяйству. В их числе также приливные соленые болота, мангровые леса и коралловые рифы, защищающие береговые линии от эрозии и ураганов. Концепция экосистемного обслуживания оказалась крайне важной для правильной оценки работы, выполняемой экосистемами для человечества, поскольку они выставляют счет за эту работу. Эта модель помогает предпринимателям, политикам и широкой общественности осмысленно общаться друг с другом относительно ценности наших экосистем и позволяет лучше расставить приоритеты в отношении пределов и издержек воздействия на окружающую среду[264].
Некоторые из этих экосистемных услуг уже упоминались. Например, в тропических дождевых лесах и коралловых рифах обитают организмы с долгой эволюционной историей адаптации и химической защиты, что делает эти экосистемы возможными банками средств лечения болезней. Они представляют собой незаменимые хранилища для всей Земли и здоровья человека. Тропические дождевые леса также являются крупнейшими сохранившимися наземными системами поглощения углерода, удаляющими углекислый газ из атмосферы и производящими кислород.
Растительные экосистемы береговых линий являются одними из самых ценных поставщиков экосистемных услуг на нашей планете, при этом они находятся в числе географических регионов, подвергающихся самой нещадной эксплуатации. Экономисты-экологи подсчитали, что в расчете на единицу площади приливные засоленные болота и мангровые леса ценнее для людей, чем харизматические экосистемы коралловых рифов и тропических дождевых лесов. Это неожиданное осознание проистекает из оценки разнообразных выгод, обеспечиваемых такими водно-болотными экосистемами. В умеренном и тропическом климате приливные засоленные болота и мангровые береговые линии действуют как поглотители и накопители углерода, со временем преобразующегося в уголь и природный газ. Если эти поглотители останутся нетронутыми, они станут буфером и будут сглаживать изменения климата Земли. Растительность также предохраняет береговую линию от эрозии и связывает отложения, оставшиеся после сотен миллионов лет выветривания, создавая местообитания живых организмов. А прибрежные водно-болотные угодья осуществляют то, что становится все более важным из-за более интенсивных и частых штормов, вызванных глобальным потеплением: они действуют как волноломы, рассеивая энергию волн до того, как те могут достичь земных экосистем и городов. И, наконец, приливные болота и мангровые заросли являются природными сооружениями для очистки сточных вод. Микробные сообщества водно-болотных угодий биохимически обрабатывают поверхностные водостоки – действительно настолько хорошо, что они все чаще используются в создаваемых людьми инженерных системах очистки сточных вод[265].
Одним из примеров утраты экосистемных услуг из-за вмешательства человека является «Великий пыльный котел» начала XX века. Тим Иган в своей книге 2006 г. «Сквозь пору невзгод: нерассказанная история переживших Великий пыльный котел» описывает, как американские фермеры, вдохновленные правительственными мерами поощрения 1930-х годов, пытались превратить покрытые высокой травой прерии американских равнин в хлебородные угодья. Это привело к экологической катастрофе колоссальных масштабов: распашка древней пастбищной экосистемы в попытке ввести ее в сельскохозяйственный оборот высвободила верхний слой почвы на юго-западе США в пылевые облака, затмившие небо над находящимся за три с лишним тысячи километров Нью-Йорком. Это явление вызвало появление поколения безнадежности в романе Джона Стейнбека «Гроздья гнева». В 1935 г. одна из самых сильных пыльных бурь одновременно охватила Чикаго, Нью-Йорк и Атланту пылевым облаком, простирающимся на 2900 км и весом 350 миллионов тонн[266].
Пыльный котел периода Великой депрессии – это классическое вызванное человеком «альтернативное состояние» (Рисунок 11.1 на вклейке). Альтернативное состояние возникает, когда положительные обратные связи, создававшие, поддерживавшие и стабилизировавшие исходное состояние, теряются и заменяются обратными связями, поддерживающими и стабилизирующими ухудшенное состояние, что потом препятствует восстановлению. Одним словом, формируется новая природа, бросающая вызов силам сохранения, поскольку альтернативные состояния могут меняться быстро и практически без предупреждения. В случае американских Великих равнин характерной особенностью первоначального состояния были связывающие почвенный субстрат травы, эволюционировавшие в сторону устойчивости к пасущихся животным и степным пожарам. Эта экосистема была одной из самых разнообразных с множеством растений и животных. Из-за доминирования высоких степных трав на большей части североамериканского континента никто не подозревал о хрупкости равновесия, которое они поддерживали, колонизируя и стабилизируя весьма неустойчивую среду обитания. Как и у айсбергов, у исконных трав прерий большая часть биомассы скрыта под поверхностью, в глубоко укоренившихся, плотных, связывающих почву корнях, эволюционировавших так, чтобы переносить экстремальные климатические условия, такие как засуха и сильные ветры. Фермеры-мигранты не знали, насколько эта экосистема зависит от экологического и эволюционного прошлого этих трав, и как на нее повлияют их сельскохозяйственные культуры, коэволюционировавшие совместно с людьми в иных условиях. Связывающая способность высоких степных трав была утрачена, и жизнь на Великих равнинах подпала под действие суровой погоды и засух. Рыхлая почва превратилась в сообщество осадочных пород, с динамикой, напоминающей песчаные дюны[267].
Мы наблюдаем аналогичные процессы по всему земному шару: пыльные бури, вызванные крупномасштабными попытками обработки засушливых лугов, затронули все континенты на земле, кроме Антарктиды, и стали причиной межконтинентального перемещения почв. Более того, эти события могут иметь глобальные последствия: ученые обнаружили, что пыль и связанные с ней микробы из африканской пустыни Сахара, например, могут перемещаться в пылевых облаках через Атлантический океан, вызывая вспышки опасных для ряда видов кораллов заболеваний в Карибском бассейне. Нарушения человеком систем важных экосистемных услуг достигли глобального масштаба.
Насколько нам известно из сопоставления фактов естественной истории сообществ, экспериментальной экологии сообществ и теории экологии, если экосистемы выводятся из своих ранее поддерживавшихся положительными обратными связями саморегулируемых стабильных состояний в альтернативные состояния (как правило, в результате воздействия человека), восстановление идет с трудом, долго и часто с малой вероятностью успеха. Продуктивность естественных природных экосистем, особенно находящихся в маргинальных, потенциально лимитированных местообитаниях, зависит от так называемых ключевых биологических видов, улучшающих среду обитания и обеспечивающих биоразнообразие экосистемы. Если эти ключевые виды, например, споробол американских прерий, будут утрачены или заменены внешне схожими, но функционально иными видами, среда обитания обретет новую стабильность в своем альтернативном, как правило, менее продуктивном состоянии, дополненном собственными усиливающими обратными связями. Таким образом, вмешательство человека изменяет структуру и компонентный состав целых экосистем, по большей части с потерей экосистемных услуг, сформировавшихся для максимизации продуктивности естественных сообществ[268].
К несчастью, это антропогенное преобразование продуктивных сред обитания в альтернативные состояния – или в прямой коллапс – происходит в описанных нами бесценных экосистемах. Имеющая давнюю историю вырубка лесов все еще интенсивно продолжается, удаляя деревья, являющиеся важными поглотителями углерода, стабилизаторами почвы и модификаторами погоды и среды обитания. В период с 2000 по 2005 г. глобальные потери лесного покрова составили более 1,5 миллиона квадратных километров, что составляет 0,6 % в год. Это значение может показаться небольшим, но фактически оно эквивалентно площади штата Мэриленд. Наибольший ущерб несут тропические леса Амазонии, освобожденные от леса земли используются для выпаса скота и посевов сои. Тропические леса Амазонии составляют более половины тропических лесов мира, но с 1970-х гг. почти 20 % из них были потеряны[269].
Кораллы тоже истребляются на наших глазах. Повышение температуры морской воды разрушило симбиотический мутуализм кораллов и водорослей и привело к обесцвечиванию кораллов. В Карибском бассейне доля живых коралловых покровов в местообитаниях коралловых рифов в конце 1970-х гг. оценивалась почти в 60 %, но к 2012 г. в тех же местах она сократились до менее чем 10 % (Рисунок 11.2). Сегодня в большинстве мест обитания кораллов на мелководных рифах Карибского бассейна преобладают мертвые коралловые скелеты, часто заросшие водорослями. Это еще один пример альтернативного состояния среды обитания, возникшего по вине людей, поскольку чрезмерный вылов рыбы удаляет растительноядных рыб, способных сдерживать быстро растущие водоросли. Без их ограничивающего воздействия морские водоросли обгоняют в росте кораллы, блокируя солнечный свет и препятствуя их росту. Безрассудно забирая из этой экосистемы нужное нам для собственного пропитания, мы эгоистично игнорировали тот факт, что растительноядные рыбы и водоросли состоят в критически важном партнерстве, сложившемся на протяжении их тысячелетий общей естественной истории[270].
Рисунок 11.2. Снижение численности кораллов в Карибском бассейне вызвано чрезмерным выловом рыбы; ураганами, сократившими живой коралловый покров; и глобальным потеплением и эвтрофикацией, приведшими к болезням и гибели кораллов.
На основе изображения из «Тропическая Америка: отчет о семинаре по устойчивости коралловых рифов, 29 апреля – 5 мая 2012 г.», Центр имени Э. С. Таппера, Смитсоновский институт тропических исследований, Панама.
Прибрежным экосистемам, таким как соленые приливные болота и мангровые леса, повезло еще меньше, поскольку они чрезмерно эксплуатировались с самого возникновения цивилизации. Эти экосистемы, часто уничижительно называемые клоаками, нередко используются как мусорные свалки или осушаются и засыпаются для сельскохозяйственного использования. Их ценность и создавшие их сложные симбиогенетические отношения бездумно игнорировались. Тропические мангровые леса вырубали, например, для производства древесного угля, строительных материалов и для развития креветочных ферм и прибрежных курортов. Эти виды деятельности уничтожили не менее 35 % мировых мангровых зарослей. Всего за последние три десятилетия мангровые леса, защищавшие береговую линию Ривьеры Майя в Мексике, уступили место огромным курортам. В умеренных зонах приливные соленые болота были заменены сельскохозяйственными пахотными землями, пастбищами, автомобильными и железными дорогами, жилой застройкой и торговыми центрами, что привело к потере половины приливных соленых болот во всем мире. После удаления мангровых зарослей или приливных соленых болот возникающее в результате этого альтернативное состояние с высокой засоленностью почвы и низким содержанием в ней кислорода чрезвычайно затрудняет восстановление: появились мощные новые обратные связи, ограничивающие возможности укоренения там растительности и ее процветания[271].
Последний пример, аналогичный американским прериям, связан с подводными лугами морских водорослей. Морские водоросли процветают на мелководьях – в среде обитания, без труда эксплуатируемой людьми и уязвимой для многих экологических стресс-факторов, таких как стоки наносов и цветение воды. При этом они, подобно степным травам прерий, связывают отложения, делая возможным разнообразие жизни в их экосистеме. Экосистемные услуги морских водорослей, обрабатывающих нагрузку по водным осадкам и биогенным веществам, оцениваются в 1,9 триллиона долларов в год, но места обитания пластов морских водорослей исчезают сегодня со скоростью 11 000 гектаров в год, и 29 % известных водорослевых морских лугов уже утрачены. Эти показатели потерь сопоставимы с таковыми в только что упомянутых экосистемах, что делает подводные луга морских водорослей одной из экосистем нашей планеты, находящихся под наибольшей угрозой[272].
Несмотря на эту мрачную картину, мы достигли больших экологических успехов в обращении вспять давних, вызывающих уныние нарушений среды обитания. Например, сорок лет назад в экосистемах с преобладанием человека загадочным образом стали начали стремительно вымирать хищные птицы, угрожая трофической структуре и равновесию природных экосистем. Затем произошло знаменитое открытие Рэйчел Карсон, изложенное в 1962 г. в ее популярной книге «Безмолвная весна». Как оказалось, широко используемый чудо-инсектицид ДДТ концентрировался в пищевой цепи, достигая хищных птиц и постепенно ослабляя скорлупу их яиц до тех пор, пока они не теряли способность производить жизнеспособное потомство. Запрет ДДТ привел к впечатляющему возрождению хищных птиц в ландшафтах, где доминируют люди. Аналогичная история успеха произошла с водорослевыми лесами у западного побережья Северной Америки. В середине XX века эти водоросли, среди которых обитает большое разнообразие видов, сокращались и исчезали с угрожающей скоростью. Экспериментальные и корреляционные исследования, проведенные Джимом Эстесом и его коллегами, показали, что этот крах был вызван чрезмерной добычей морских выдр с целью получения меха для популярных меховых шапок, лацканов и пальто. Меньшее количество морских выдр, поедающих растительноядных морских ежей, означало увеличение популяции морских ежей и потерю донных водорослей из-за их активного поедания. Возвращение морских выдр обратно в районы, где они были истреблены, привело к возвращению зарослей морских водорослей и связанного с ними биологического разнообразия вдоль Западного побережья. Эти положительные результаты дают некоторую надежду на то, что мы сможем обратить вспять альтернативные состояния, которые мы вызвали, нарушив равновесие в наших экосистемах[273].
В конце концов, альтернативные состояния учат нас двум важным и связанным истинам: (1) наш биологический вид отрицательно влияет на экосистемы вокруг нас, и (2) сложные и развитые механизмы нашего мира будут стремиться к стабильности, даже если эта стабильность делает улучшение экосистемы практически невозможным. Не признавая своей роли партнеров по сотрудничеству в мире, мы меняем саму структуру экосистем таким образом, что это угрожает населяющим их другим биологическим видам.
Мы показали, что можем обратить вспять некоторые из этих изменений, лучше осознавая взаимные последствия наших действий и ограничивая наши воздействия на мир Природы. Но есть еще одна экосистема, находящаяся в настоящее время под угрозой человеческой деятельности и перехода в альтернативное состояние. Эта экосистема затрагивает все обсуждаемые здесь среды обитания, и здесь для устранения антропогенной угрозы потребуется гораздо больше, чем запрет на инсектицид или реинтродукция вида. Можно ли расширить наши успехи в обновлении экосистем до глобального уровня, чтобы исправить планетарные проблемы изменения климата, закисления океана и хищнического истощения ресурсов? Можем ли мы отыскать решения, требующие предвидения и группового сотрудничества, даже если они потребуют преодоления нашего закоренелого инстинкта эгоистичных генов, пытающихся «выиграть» в краткосрочной перспективе и любой ценой?