Почему биоразнообразие — ключ к нашему выживанию

Биологическое разнообразие, будь то генетическое, морфологическое, поведенческое или экологическое, лежит в основе многих дискуссий. Но что это такое? Какую пользу оно приносит, как возникает и каковы прогнозируемые последствия его сокращения?

Невероятное разнообразие жизни

Истинные масштабы разнообразия жизни осознаны недавно. Современные оценки общего разнообразия эукариот — от 1 до 5 × 107 видов. Описано лишь около десяти тысяч видов прокариот, но косвенные молекулярные методы (анализ ДНК из окружающей среды) указывают на возможное существование 109 или более видов прокариот.

Однако даже эти цифры не отражают реального положения вещей:

  1. Генотипическое разнообразие внутри одного вида прокариот может быть огромным. Например, у бактерии Escherichia coli «основной геном» (общий для штаммов) составляет лишь 6% генов от общего пула 61 секвенированного штамма.
  2. Фенотипическое разнообразие (жизненные циклы, пластичность) часто превосходит генотипическое, позволяя организмам адаптироваться к изменениям.
  3. Поведенческое разнообразие существует даже среди генетически идентичных особей и широко распространено в животном мире.

Зачем нужно такое разнообразие?

  • Повышение продуктивности экосистем: Богатые видами системы эффективнее используют ресурсы благодаря разделению труда между видами (эффект комплементарности).
  • Устойчивость к стрессам: Большое число видов обеспечивает функциональную избыточность. Потеря одного вида в разнообразной системе менее критична, чем в бедной (эффект страхования). Разнообразие внутри популяции одного вида также повышает устойчивость, например, к эпидемиям.
  • Возникновение сложного коллективного поведения: Даже у организмов без нервной системы разнообразие позволяет распределять задачи. Например, многоклеточные цианобактерии одновременно осуществляют фотосинтез и фиксацию азота, хотя эти процессы несовместимы (кислород повреждает ферменты фиксации азота).

Как генерируется разнообразие?

Неодарвинизм объясняет разнообразие случайными генетическими изменениями. Однако масштабы адаптивных преимуществ от разнообразия указывают, что частичный контроль над его генерацией может быть выгоден для выживания.

Описаны многочисленные механизмы — «генераторы разнообразия» (DG) — от прокариот до сложных многоклеточных организмов. Они повышают непредсказуемость систем, способствуют устойчивости и кооперации, манипулируя взаимодействием организмов со средой.

Природа DG зависит от репродуктивных стратегий:

  • r-стратегия (короткое время поколения, большие популяции): реактивные DG (горизонтальный перенос генов, SOS-системы). Генерируют разнообразие в ответ на стресс, участвуя в динамике «Красной Королевы» («нужно бежать со всех ног, чтобы оставаться на месте»).
  • K-стратегия (длинный жизненный цикл, малые популяции): упреждающие DG, действующие до стресса. Например:

Эти DG формируют динамику «Белой Королевы»: «Иногда я успевала поверить в шесть невозможных вещей еще до завтрака». Их активность основана на случайном фенотипическом разнообразии, которое редко адаптивно на индивидуальном уровне, но полезно для популяции (невозможные вещи), и предвосхищает стресс (до завтрака).

Существование DG заставляет рассматривать эволюцию как более динамичный процесс. Повсеместность DG подтверждает, что разнообразие необходимо для адаптации, а его регулируемая само-генерация — фундаментальное свойство биологических систем.

Каковы последствия (сокращения разнообразия)?

Разнообразие — не просто «вишенка на торте», а свойство жизни и условие ее выживания.

  1. Образование и наука: Растущая стандартизация в этих сферах ради оптимизации результатов вызывает вопросы. Разумно ли нивелировать интеллектуальное разнообразие, если в биологических системах оно — источник устойчивости и сложности?
  2. Сельское хозяйство: Индустриализация последних 50 лет привела к драматическому падению разнообразия сельхозпродукции. Отбор на силу и продуктивность дал краткосрочный выигрыш, но способность стандартизированных популяций противостоять будущим климатическим изменениям и новым патогенам вызывает сомнения. Только индивидуальное разнообразие гарантирует адаптацию популяций к непредсказуемым изменениям среды.
  3. Устойчивость экосистем: Снижение разнообразия естественных экосистем может в ближайшем будущем привести к их внезапному коллапсу, что еще больше затруднит поддержание стабильного производства продуктов питания.