Страница 7 из 9
Согласно приблизительному эмпирическому правилу, хищник, которому для существования требуется одна единица энергии, должен взять 10 эквивалентных единиц энергии от травоядных, являющихся его добычей. Сходным образом каждое травоядное должно получить 10 единиц от растительности. Энергия для растений поступает исключительно от солнца, и вновь из 10 единиц, поглощенных растением, не более одной используется эффективно.
Зависимость эффективности питания от солнечного света – это причина, по которой разные части Земли обеспечивают существование весьма неодинакового числа живых организмов. В тропиках, где солнечное освещение интенсивно, растениям для усвоения доступно намного больше солнечной энергии. Следовательно, там, где позволяют другие факторы, такие как количество осадков, на единицу площади приходится больше растительности, чем в областях с умеренным и полярным климатом. Этот огромный массив растительного материала может обеспечить пищей множество травоядных, которые, в свою очередь, являются пищей для большого числа хищников. В противоположность этому в Арктике солнечная энергия, которую трудно назвать избыточной, поддерживает существование гораздо более скудной растительности, и потому там немного травоядных и значительно меньше хищников.
Разнообразие видов на каждом уровне пищевой пирамиды зависит от разнообразия растений в ее основании. В тропических саваннах, например, где есть низкие злаки, травы, не относящиеся к злакам, высокие злаки, кустарники и деревья, каждый из большого числа видов туземных животных поедает разный набор растений. Животное, питающееся корнями, не соперничает с поедающими низкорослые травянистые растения или высокие злаки. Даже те виды, которые имеют во многом похожий рацион, заметно различаются в иных аспектах таким образом, что не конкурируют друг с другом непосредственно – например один вид питается днем, а другой ночью. Таким способом число экологических ниш увеличивается, а процесс эволюции гарантирует, что все они будут заполнены.
Принцип, согласно которому природа не терпит пустоты, верен в биологии в той же степени, что и в физике. Экологическая ниша никогда не остается пустовать надолго – кто-то эволюционирует, чтобы ее заполнить, как только она образуется. Внутри видов, однако, конкуренция сильна, и каждая отдельно взятая ниша прокормит только определенное число особей. Столкновения между особями одного вида обычно преобразованы в стилизованные демонстрации, во время которых участникам наносится минимальный ущерб. Территория сохраняется, а брачные партнеры выбираются без реализации какой-либо реальной схватки. Это стратегия, которая обеспечивает больший успех в поддержании позиции живого существа в экосистеме.
Влияние хищничества плотоядных животных слишком мало, чтобы нарушить баланс пищевой пирамиды. Добывая только слабых, больных и стареющих особей – для них это вынужденная практика по той причине, что здоровое взрослое животное обычно может спастись бегством или отразить нападение, – они гарантируют, что выживет лишь наиболее приспособленный. Если приспособленные и здоровые взрослые особи вида не могут убежать или отразить нападение, этот вид быстро вымирает, а нишу занимает другой. В этом смысле хищники могут считаться не более чем просто нетерпеливыми падальщиками.
История жизни
На карте показано расположение материков в начале кембрия – точки во времени, начиная с которой история жизни отслеживается более отчетливо. В докембрийское время многие животные были мягкотелыми и сохранялись очень редко.
Земля существует около 5000 млн лет и на протяжении примерно 3500–4000 млн из них населена организмами того или иного рода. Тем не менее точную летопись окаменелостей земной жизни можно проследить примерно на 620 млн лет в прошлое – до того времени, когда впервые появились твердые скелеты. Тогда жизнь существовала только в море, а суша была безжизненной. Распределялись суша и море не так, как в наши дни. Расположение материков и океанов постоянно меняется из-за процесса, который называется тектоникой плит. Земная кора состоит из множества плит, словно частей футбольного мяча.
Эти плиты все время нарастают вдоль одного края, где составляющее их вещество поднимается из недр Земли, и разрушаются на другом краю – там плита подныривает под соседнюю и ломается. Дно поднимается вдоль срединно-океанических хребтов, а разрушение идет по линии глубоководных желобов. Материал, вовлеченный в эти процессы, представляет собой океаническую кору, богатую окисью кремния и магнезитом. Континенты состоят из коры иного рода, богатой окисью кремния и алюминием, которая находится на поверхности, и таким образом континенты двигаются в разных направлениях по земному шару благодаря тектонической активности. Этот процесс происходил на протяжении всего геологического времени и будет продолжаться, пока существует мир. Важность тектоники плит для истории жизни на Земле не ограничивается географией. Тектоника плит частично влияет на характер глобального климата, который меняется в течение сравнительно коротких в геологическом смысле отрезков времени и, несомненно, вносит свой вклад в относительно внезапные изменения, происходящие с доминирующими формами жизни на нашей планете. Взаиморасположение континентов на ключевых стадиях развития этих животных в какое-то время имело важное значение для их распространения по Земле и становилось причиной явных различий между формами жизни, населяющими разные массивы суши.
Происхождение жизни
Солнце и Солнечная система образовались из бесформенного облака межзвездного газа, медленно вращающегося в космосе со скоростью примерно один оборот за 10 млн лет. В ходе вращения оно начало сжиматься под влиянием своей собственной силы тяготения и вследствие этого стало вертеться быстрее. Силы, участвующие в этом процессе, сплющили газовое облако в диск, в котором вещество начало собираться в центре, формируя Солнце. Ближе к краям диска образовались завихрения, которые стали собирать вещество, формируя зачатки того, что позже окажется планетами. Частицы межзвездной пыли, состоящие главным образом из вкраплений железа и частиц соединений кремния, начали объединяться. Они слипались в сгустки и собирались вместе в завихрениях под действием гравитации. Железо – оно тяжелее – погружалось в середину, а окись кремния оставалась на поверхности, давая протопланетам железное ядро, окруженное каменной мантией. Так сформировались внутренние планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс. Остальные планеты образовывались из более легких материалов, таких как углекислый газ и аммиак, которые конденсировались из газа, когда температура продолжала снижаться. В это время сжатие материи в раннем Солнце запустило процесс слияния ядер, и Солнце начало излучать энергию – данный процесс продолжается последние 5000 млн лет и будет идти в следующие примерно 5000 млн лет.
Возможно, первая атмосфера Земли содержала много водорода, метана и аммиака, напоминая состав атмосферы внешних планет Солнечной системы. Со временем к этим элементам добавились водяной пар и углекислый газ, выделяющиеся при дегазации вновь образовавшихся скальных пород. Вода вначале оставалась в виде пара, пока жар атмосферы не позволял ей конденсироваться. С другой стороны, столь же вероятно, что первичная атмосфера из водорода, метана и аммиака была по большей части «сдута» излучением Солнца вскоре после своего образования и первая стабильная земная атмосфера сформировалась преимущественно из углекислого газа и водяного пара, выделившихся из недр через фумаролы и вулканы. В любом случае вода, конденсировавшаяся и выпадавшая в виде дождя, когда Земля остыла, несомненно содержала молекулы аммиака, метана и водорода, растворенные в ней. Когда этот раствор подвергался высокоэнергетическому воздействию вроде ударов молний или ультрафиолетового излучения Солнца, могли происходить химические реакции, способствовавшие синтезу сложных органических соединений, таких как аминокислоты, – материала, из которого состоят живые существа.