Академик В.Н. Большаков:
"Экология - это весь комплекс отношений живого с неживым"

Владимиру Николаевичу Большакову, уральскому лауреату Демидовской премии 2004 года, награда присуждена за разработку фундаментальных проблем популяционной и эволюционной экологии и развитие теории внутривидовой и экологической адаптации и изменчивости. Академик Большаков известен как выдающийся ученый-эколог и зоолог, автор широко цитируемых монографий, организатор обширной работы по сохранению природных богатств и экологического равновесия на Урале. В течение 28 лет он руководит Институтом экологии растений и животных УрО РАН, заведует также кафедрой экологии Уральского государственного университета. В.Н. Большаков возглавляет Териологическое общество России и журнал «Экология», является членом бюро Отделения биологических наук РАН, первым заместителем председателя УрО РАН. В минувшем году он отметил свое 70-летие, и поскольку пресса тех дней была богата биографическими материалами, на этот раз мы попросили лауреата «расшифровать» для читателей официальную формулировку Демидовского комитета, рассказать подробнее о своей научной работе.

— Формулировка эта представляется мне чересчур всеобъемлющей. Это все равно как если бы, например, физику присудили премию за развитие квантовой теории в целом.             

Если же говорить конкретно, я начал бы с того, что в 60-е годы прошлого века в нашем институте стало развиваться новое научное направление — популяционная экология. Тогдашний директор института, мой учитель Станислав Семенович Шварц выдвинул такую идею: все высшие организмы — птицы, млекопитающие, в том числе и человек — могут существовать только в виде определенных группировок, которые  называются популяциями. Популяция — это самоуправляющаяся территориальная группировка вида, которая отличается определенными генетическими особенностями. Итак, идея была, она мне очень понравилась, и я решил попытаться на примере каких-нибудь групп животных, обитающих в резко экстремальных условиях, показать, какова роль популяционной структуры и для чего вообще существуют популяции. И подумал, что лучше всего работать с горными млекопитающими. Известный эколог и зоолог А.А. Насимович выдвинул в то время гипотезу, что экологические исследования на Крайнем Севере и в горах наиболее продуктивны, потому что приспособление к окружающей среде происходит там в экстремальных условиях.

Получилось так, что я работал в большинстве горных районов мира, а что касается территории бывшего Советского Союза — побывал во всех его горных системах, от Кольского полуострова до Памира. Кроме того, у нас в институте еще в начале 1970-х годов был создан очень хороший виварий — все генетические изменения мы изучали еще и экспериментальным путем. Больше всего, конечно, я исследовал природные адаптации животных на Урале. Итогом работы стала книга «Пути приспособления мелких млекопитающих к горным условиям». Она имела большой успех, и за все истекшие годы так ничего подобного в печати и не появилось — до сих пор везде цитируют именно ее. В ней и были намечены основные пункты теории.

Мы убедились, что адаптации к таким вот суперэкстремальным условиям происходят исключительно на популяционном уровне, никакие другие механизмы приспособления просто-напросто невозможны. Позднее исследования велись на Урале, в местах, где сильно антропогенное воздействие — химическое, радиоактивное загрязнение и т.д. Стало совершенно ясно, что все проблемы, связанные с охраной животных, или, наоборот, с борьбой против вредителей надо решать только на популяционном уровне…                 

— Если считать популяцию основной формой существования высших организмов, то можно, видимо, со всей определенностью вынести вердикт криптозоологам, полагающим, что возможно длительное существование реликтовых животных в малом количестве и даже в единственном экземпляре?

— Совершенно верно. Если нет популяции, ничто не сможет выжить и приспособиться. Для каждой популяции можно нарисовать кривую распределения приспособляемости. Предположим, какая-то группа животных уже приспособлена к средним для Урала температурам. И вдруг наступает сильная засуха. Логично предположить, что популяция при этом погибнет. Но популяционная структура, выражаемая кривой распределения, заключается в том, что есть животные, которые вообще засухи не переносят, и они погибают в первую очередь. Но другой крайний вариант — те, которые приспособиться все-таки могут. В целом три четверти популяции погибает, но четверть все равно остается, а потомки этих животных наследуют приспособление, средняя по популяции норма со временем сдвигается в сторону большей приспособленности к засухе. Таким образом, большая, разнокачественная популяция позволяет животным лучше адаптироваться. Классический пример — колорадский жук, появившийся в Европе в 50-е годы прошлого века: говорили, что здешние условия окажутся для него губительными, нечего, мол, нам бояться. И где сейчас этот жук? На Севере Тюменской области. В результате популяционной изменчивости, внутрипопуляционного отбора для каждой местности появляются особи, адаптированные именно к этим условиям. Те жуки, которые сейчас распространены у нас, отличаются от тех, которые обитают в Колорадо, как небо от земли.

— Это — о вредителях. А что можно сказать об охране редких видов?

— За последние годы под моим руководством вышли Красные книги Пермской и Свердловской областей, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого округов, Кировской области, сейчас на подходе — «челябинская»… Какие виды нужно вносить в Красную книгу — это, в общем-то, понятно. Но сохранить их можно только учитывая особенности состояния популяций в конкретных районах, регионах.

— … И теория помогает прогнозировать состояние популяции и оценить перспективы вида в целом…

— Да, изучив вид, мы это можем легко. В частности, у нас в институте ведется много работ по исследованию биопродуктивности рыб. Сиговые рыбы, основное стадо которых обитает, скажем, в Оби, нереститься идут в ее притоки, и при этом каждая популяция идет в строго определенный приток и гибнет, если его уничтожить, например, загрязнив при промывке золота.

Теория внутривидовой и экологической адаптации позволяет очень четко прогнозировать, какие виды или группы животных сохранятся, а какие погибнут в том случае, если мы не примем необходимые меры по их охране. Есть виды экологически валентные — они приспосабливаются великолепно, например, всем известная серая крыса. А есть — в особенности это относится к растениям — исчезающие почти мгновенно. Яркий пример для Свердловской области — любка двулистная из семейства лилейных. Еще 30 лет назад в лесах вокруг Свердловска ее было полно, а сейчас — все, нет ее: вид оказался экологически слабым, неустойчивым. 

— То есть дифференциация этой способности к приспособлению очень велика. Но ведь каждый вид имеет значение для сообщества, и необходимо сохранить все видовое разнообразие в экологической системе…

— Это одна из важнейших мировых проблем. Россия, как известно, подписала Конвенцию о сохранении биологического разнообразия. Сегодня становится ясно, что оно должно идти на популяционном уровне: внутри видов нужно выделять популяции, которые без специальной охраны сберечь невозможно. Например, сейчас в Красную книгу занесена популяция западно-сибирского бобра, которая обитает только на территории заповедника Малая Сосьва (мы с его зоологами сотрудничаем, вышла серия публикаций). Известно, что на территории нашей страны бобр был почти полностью уничтожен промысловиками. Потом — и это считается большим достижением биологов — вид был восстановлен на громадной территории. Но для этого использовали бобров, сохранившихся всего в двух местах, где-то в Белоруссии и прилегающих районах. То есть генофонд этого бобра — очень обедненный, по существу, произошло расселение одной популяции. И только еще в одном месте, в районе Конды-Сосьвы, сохранилась уникальная популяция со своими генетическими особенностями, обладающая первичным генофондом — для ее охраны и был создан заповедник. Это и есть пример сохранения биоразнообразия на популяционном уровне.

Сейчас мы интенсивно работаем с летучими мышами, также занесенными в Красную книгу. Выясняется, что требуется охрана не столько вида, сколько зимующих популяций. Летучие мыши зимуют только в пещерах, а на Урале, как известно, — масса пещер. С запада и с востока, с громадных равнинных территорий летучие мыши слетаются к нам зимовать, причем наблюдается четкая популяционная структура этих зимовок. К настоящему времени мы все их нашли и описали, будем делать книгу…

Итак, первый уровень сохранения биоразнообразия — популяционный, второй — видовой, а третий — экосистемный, биогеоценологический. Должны сохраняться определенные природные комплексы, экосистемы. Создаются биосферные заповедники, то есть берутся под охрану участки территории биосферы, имеющие наибольшее значение для ее сохранения, для сохранения биоразнообразия. Я являюсь председателем российского комитета программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера», который ведает этими организационными вопросами. Но мы занимаемся заповедниками и как ученые. Сейчас в России 34 биосферных заповедника. В октябре я вернулся из Парижа, где нам удалось «пробить» через сессию ЮНЕСКО образование трех новых — «Валдайского», «Кедровой Пади» (на Дальнем Востоке) и «Кенозера» в Карелии. Первым биосферным заповедником на Среднем Урале, как известно, стал в 2002 году Висимский заповедник.

— В чем состоит ваша работа в области эволюционной экологии?

— Мой учитель академик С.С. Шварц написал в свое время книгу «Экологические механизмы эволюционного процесса», где высказал идею о том, что адаптационные механизмы, их изменения имеют очень большое значение, потому что они изменяют генетическую структуру популяции. А ее изменение ведет, в свою очередь, к необратимым эволюционным преобразованиям внутри вида. И многие мои работы выполнены как раз в развитие этой теории. В них на фактическом материале, на примере уже совершенно определенных видов и групп видов показано, какие изменения в популяции ведут к эволюционным преобразованиям.

Конечно же, это была коллективная работа. Так, премию РАН им. И.И. Шмальгаузена, о которой «Наука Урала» уже писала, я получил совместно с доктором наук Эмилией Абрамовной Гилевой (кстати, одной из первых уральских аспиранток Н.В. Тимофеева-Ресовского). Мы показали, как происходят изменения генетической структуры, хромосомного аппарата у млекопитающих здесь, на Урале, под влиянием различного рода радиоактивных воздействий.

— Вы развивали теорию академика С.С. Шварца о приспособлениях, направленных на поддержание энергетического баланса со средой у видов и внутривидовых групп. В чем выражается этот баланс?

— Идея эта принадлежит не Шварцу. Ее впервые сформулировал профессор Н.И. Калабухов. Но Шварц ее развил и показал, что такие приспособления у животных и растений направлены на то, чтобы баланс со средой сохранялся. Приспособления могут идти самыми различными путями. Простейший механизм — поведенческий: скажем, животное, когда ему жарко, переходит в тень. Второй уровень — физиологический: при повышении температуры усиливается потоотделение — и вот энергетический баланс снова восстановлен. Но есть и более сложные механизмы — популяционные и эволюционные. Например, высоко в горах, в экстремальных, повторяю, условиях популяции все равно необходимо как-то поддерживать свою численность. Это может осуществляться двумя путями. У горных популяций равнинного вида — возьмем для примера грызунов — это связано с резкой интенсификацией всей жизнедеятельности: быстрое половое созревание, несколько генераций с большим количеством особей в помете в течение одного периода размножения, но и очень большая смертность. Но тут же рядом обитают типичные горные виды. У них механизм поддержания численности совершенно другой. Он основан на минимизации энергетических затрат: эти грызуны мало передвигаются, производят один помет, в помете — всего 3-4 детеныша, но у них и смертность значительно ниже, хищники их мало вылавливают… Считается, что эволюция идет все-таки в направлении все большей экономии энергетических затрат — для организма и популяции в целом это выгоднее, что подтверждают и мои экспедиционные и экспериментальные работы. Теперь эти закономерности уже и споров не вызывают…

— Таким образом, идея, подкрепленная фактическим материалом, становится теорией, которую принимает научное сообщество…

— …фактическим материалом, связанным в основном с горами. Мы же с вами все-таки на Урале живем. На Денежкином или Конжаковском Камне на высоте 800 м тем же грызунам выживать гораздо труднее, чем где-нибудь в Средней Азии на высоте 3000 м. Каждая горная страна — уникальная биологическая система. Могу сказать, что Урал с его протяженностью 2,5 тыс. км с севера на юг и четко выраженной высотной поясностью — просто идеальный полигон для наших исследований. Конечно, такие большие работы в одиночку сделать невозможно, многие из них написаны совместно, защищено много диссертаций.                 

— Можно ли говорить в связи с этим о сложившейся научной школе?

— Это — уральская школа популяционной и эволюционной экологии, основателем которой был С.С. Шварц. Но мы сегодня располагаем совершенно другими возможностями исследования. К примеру, в те годы Станислав Семенович предложил метод морфофизиологических индикаторов: по очень простым показателям вроде относительного веса сердца, длины кишечника и т.д. можно было косвенно (подчеркиваю — косвенно) судить о приспособительных способностях животных. А сейчас мы можем судить об этом напрямую — с помощью современной техники.

— Складывается впечатление, что вам присуще системное мышление и в теории, и на практике, способность видеть системные взаимосвязи…

— Может быть. Но если говорить откровенно, то мне интереснее всего работать в экспедициях, в естественных условиях, с живыми зверями. Через наш виварий прошли редчайшие формы, о которых, пока мы их не разыскали, не описали, никто толком ничего не знал… Почему я все время говорю о грызунах? Они для нас, благодаря широкому распространению и разнообразию, — главный,  наиболее удобный объект экспериментов, то же, что и дрозофила для генетиков. На острове Шпицберген я поймал самый обычный вид, обыкновенную полевку, но — на 800 км севернее ранее известной крайней северной точки ее ареала. Маленькая статья по этому поводу в «Зоологическом журнале» оказалась у меня самой цитируемой, на следующий год туда рванула целая норвежская экспедиция — нашли, бросились эту полевку исследовать. Вот что мне всегда нравилось: поехать, найти, изучить, сделать работу… Ведь биологи же мы все-таки!

Сейчас, в связи с присуждением Демидовской премии одна из газет представила меня как автора «книги «Звери Урала» и других трудов». Так вот, «Звери Урала» — маленькая, давняя уже научно-популярная книжечка, которую я, однако, писал с большим удовольствием. И до сих пор, получается, ничего лучше в этом роде ни издано: в ней есть сведения обо всех млекопитающих, встречающихся на Урале. Со временем мы ее переделали в книгу «Мир млекопитающих», потом выпустили «Определитель млекопитающих Свердловской области». Сейчас хотим совместно с издательством «Банк культурной информации» сделать серию книг по их отдельным группам.

Все-таки за сравнительно небольшой период, на памяти моего поколения термин «экология» перестал быть абстрактным, он вошел не только в научный оборот, но и в общественное сознание, так же как термины «популяция» и «депопуляция», которые в системе СМИ употребляются иногда совсем не к месту. Экологическая проблематика — это весь комплекс взаимоотношений живого с неживым, громадная область для изучения, и я горжусь, что первым из российских ученых — экологов стал членом корреспондентом, а потом и действительным членом Академии наук по специальности «экология».

Беседовала Евгения ИЗВАРИНА