18 марта 2023
Беронда Монтгомери
Растения разумные, или Чему можно научиться у природы(Beronda Montgomery. Lessons From Plants)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПОРТАЛ», 2023
Глава 5. Разнообразное сообщество
Природное равновесие создано многообразием, которое должно, в свою очередь, стать образцом для политики и нравственности.
Андреа Вульф, «Открытие природы» (парафраз Александра фон Гумбольдта)I
Летом я часто бываю на поле, заросшем дикими цветами. Какие-то из них настолько малы, что их трудно заметить, другие достигают тридцати сантиметров в высоту (а некоторые даже в два раза выше) и украшены настоящей радугой из цветков. Я очарована разнообразием форм и красок, составляющих данное сообщество растений. Глядя на эту восхитительную картину, я размышляю о том, как всем этим разным видам удается сосуществовать. Хотя я преисполнена благоговения перед разнообразием этого места, многие люди проходят или проезжают мимо на велосипедах или машинах, не замечая этой процветающей экосистемы, — им не хватает осознания роли растений. Я думаю о том, как они могли пройти мимо, не остановившись хотя бы на мгновение, чтобы полюбоваться множеством растений в поле и поразмыслить над сложными взаимодействиями, происходящими как над землей, так и под ней.
Ученые, изучающие биоразнообразие в растительных сообществах, обнаружили, что многие различные виды могут мирно сосуществовать. Отчасти это происходит благодаря явлению, называемому комплементарностью ниш. Каждый вид занимает несколько иную нишу — положение в сообществе, определяемое его историей жизни, использованием ресурсов и взаимодействием с другими видами. Поскольку каждый вид — и даже каждый генетический вариант внутри вида — имеет разные потребности, результатом становится максимальное использование ресурсов в конкретном сообществе или экосистеме1. Разнообразие приносит пользу не только отдельным растениям, поскольку уникальные способности и типы поведения различных видов также приносят пользу им всем в совокупности. Экосистемы с большим биоразнообразием обычно более продуктивны, то есть они производят больше биомассы — больше листьев, стеблей, плодов и других частей растений.
Сегодня коммерческое сельское хозяйство характеризуется обширными монокультурами кукурузы, сои и пшеницы. Хотя эта практика облегчает посадку и сбор урожая, это не единственный способ выращивания. Фермеры в культурах коренных народов по всему миру уже давно используют метод уплотненных посевов, означающий посадку двух или более культур вместе. Оказывается, что, как и в естественных экосистемах, продуктивность выше, когда определенные культуры высаживаются в поликультурах, а не в монокультурах2. Уплотненные посевы повышают продуктивность отдельных растений благодаря процессу, известному как межвидовая помощь. Каждый вид способствует росту, размножению или выживанию других3. Поскольку особи каждого вида используют разные стратегии добывания, они могут делить ресурсы, а не конкурировать за них.
Одним из лучших примеров уплотненных посевов является древний способ под названием «Три сестры». Этот метод выращивания, включающий посадку кукурузы, фасоли и тыквы вместе, уже давно практикуется многими коренными народами Америки4. С глубоким уважением к дару «Трех сестер» и другим традиционным экологическим знаниям и не пытаясь выдать их за свои собственные, я хочу рассказать в данной главе, какую мудрость можно извлечь из глубокого и вдумчивого размышления над этой практикой.
Почему система «Трех сестер» так широко распространена? Сажая кукурузу, фасоль и тыкву вместе, фермер может использовать их взаимодополняющие сильные стороны. Кукуруза обеспечивает вертикальную опору для фасоли. Фасоль обеспечивает наличие в почве азота в доступной форме — он служит удобрением для всех сельскохозяйственных культур. Тыква, которая находится близко к земле, подавляет рост сорняков и поддерживает влажность почвы для двух других партнеров. Растения в поликультуре по системе «Три сестры» дают больший урожай, чем если бы каждое из них выращивалось в монокультуре5. Эта сельскохозяйственная практика коренных народов демонстрирует положительные результаты взаимных отношений, поддерживаемых разнообразием. Особи могут работать лучше в неоднородной среде, чем когда они пытаются функционировать изолированно или только с другими, похожими на них. Им — да и нам — лучше вместе. «Уроки взаимопомощи четко прописаны в саду „Трех сестер“», — пишет Робин Уолл Киммерер, эколог растений и гражданка Нации потаватомиII 6.
Как и во всех плодотворных отношениях, больше всего для использования синергетического потенциала системы «Трех сестер» важен выбор времени7. Исследования, посвященные выращиванию плантана и маниоки по методу уплотненных посевов, подтверждают урок «Трех сестер», что последовательность высаживания и укоренения каждого вида имеет решающее значение для определения конечной продуктивности поликультур в сельском хозяйстве8.
При использовании системы «Трех сестер» кукуруза появляется первой. Семена поглощают из почвы влагу, что способствует прорастанию. Росток кукурузы пускает корни, инициирует развитие и расширение листьев и запускает мощный процесс фотосинтеза, который позволяет перейти к независимости. Вместо того чтобы брать пищу из запасов в семени, росток теперь станет производить ее посредством фотосинтеза. Следующая «сестра» — фасоль. Прорастающая фасолина, которая появляется одна, растет близко к земле, она очень восприимчива к повреждениям и стрессу от факторов живой и неживой природы, таких как хищничество или слабое освещение. Но прорастая рядом с кукурузой, фасоль в самом прямом смысле может подниматься по ней, что будет способствовать росту. Обвивая стебель кукурузы, фасоль получает увеличенный доступ к солнечному свету, а это стимулирует фотосинтез. Как мы увидим далее, корни фасоли также играют важную роль в обеспечении наличия азота. Третья «сестра», тыква, появляется последней. Она распускает широкие листья близко к поверхности почвы в поисках открытых пространств в пологе, через которые проникает свет. Больше света означает больше фотосинтеза и, соответственно, увеличение производства сахаров, необходимых для поддержания жизнедеятельности. Низкие раскидистые листья закрывают и защищают корневые системы первых двух «сестер», а также предотвращают укоренение сорняков и не допускают высыхания почвы. А поскольку ростки тыквы колючие, они отпугивают потенциальных травоядных от всех трех «сестер»9. Период укоренения и роста этих культур напоминает хорошо поставленный танец. Как выразилась Киммерер, это трио воплощает «знание отношений», и танец «сестер» имеет значение, которое выходит далеко за рамки их существования и процветания10.
Наблюдая за огородом «Трех сестер», мы легко можем увидеть, как все три растения распределяют свои листья в пространстве, чтобы избежать конкуренции друг с другом11. Но, вероятно, мало кто из наблюдателей распознает поддерживающих эту экосистему подземных игроков. Корни часто формируют отношения с другими организмами в почвенном микробиоме, и эти отношения влияют на общую приспособленность растений — от укоренения до роста и цветения12. Система «Трех сестер» не исключение.
Под землей три «сестры» поддерживают и дополняют друг друга так же хорошо, как и на поверхности. Корни кукурузы довольно неглубокие. Они занимают верхнюю часть почвы, в то время как стержневые корни фасоли уходят далеко в землю. Тыква располагает корни в местах, которые не были заняты корнями двух ранее укоренившихся «сестер». В любом месте, где стебель тыквы соприкасается с почвой, растение может пустить дополнительные корни, известные как придаточные корни. Они могут быть размещены на открытых пространствах внутри ниши, дополняя рост и устойчивость тыквы13. Эти придаточные корни, а также корневые волоски двух других «сестер» способны распределяться по доступным участкам почвы, что позволяет им искать ресурсы и устанавливать отношения с другими растениями14. Это подземное сотрудничество так же важно для отношений «сестер», как и наземное. Взаимовыгодные взаимодействия растений при совместном выращивании снова демонстрируют, как выразилась Киммерер, что «все дары умножаются во взаимоотношениях»15.
Помимо извлечения влаги и питательных веществ из почвы, корни растений устанавливают симбиотические отношения с бактериями и грибами. Бактерии фиксируют азот в форме, которую могут использовать растения, а грибы образуют микоризы, улучшающие поглощение воды и усвоение азота и фосфатов. Эти взаимодействия не являются односторонними: растение получает повышенный доступ к влаге и удобрениям, а бактерии и грибы — сахара от растения16.
В случае с «Тремя сестрами» вторая из них, фасоль, обеспечивает наличие азотного удобрения, поскольку ее колонизирует специфическая азотфиксирующая бактерия17. Микоризы, хотя и не часто являются объектом внимания при изучении системы «Трех сестер», играют такую же важную роль, как и в естественных условиях. Микоризы особенно важны для выстраивания сообщества и коммуникации в нем, потому что один гриб может соединять под землей несколько растений, а это приводит к образованию связей и сетей между ними. Микоризы не только получают углерод от растений, которые они колонизируют, но и облегчают обмен углеродом между особями, которые они соединяют18. Такого рода взаимодействие приводит к появлению сетей совместного использования ресурсов (своего рода экономики) между отдельными особями, связанными вместе в сообществе.
Хотя «Три сестры» работают вместе в гармонии, не все взаимодействия в разнообразной среде одинаково благоприятны. И поэтому не менее важно, чтобы растения обнаруживали опасность и реагировали соответствующим образом. Как мы видели в главе 2, растения должны определять, могут ли потенциальные контакты быть полезными или опасными и являются ли другие организмы, с которыми они встречаются, друзьями или врагами. Растения могут распознавать вредные бактерии — патогены — с помощью специфических молекул, присутствующих в клеточных стенках бактерий. Некоторые из этих молекул были высококонсервативными в ходе эволюции. В результате многие различные патогены содержат один и тот же состав. Молекулярные фрагменты патогенов могут быть обнаружены рецепторами растений, что станет мощным сигналом о надвигающейся опасности19. Поскольку эти молекулы высвобождаются, когда бактерии взаимодействуют с поверхностью растения или с почвой, сигнал о потенциальном вселенце также передается соседним растениям. Подобную способность сигнализировать об опасности мы видим и у некоторых животных. Например, при нападении хищников рыба выделяет химические вещества, которые могут учуять другие находящиеся поблизости рыбы в группе. Когда между соседними рыбами существует родство, подвергшаяся нападению особь выделяет больше химических веществ20.
Растения реагируют на такие угрозы с помощью защитных механизмов, действующих как локально, так и на расстоянии. Напомним, что при нападении патогена растение производит летучие органические соединения, которые перемещаются внутри самого растения или по воздуху к другим растениям, предупреждая об опасности.
Именно такое поведение позволяет растениям успешно выживать в динамичных условиях. Не только хищники приходят и уходят, но и колеблются свойства почвы, такие как доступность питательных веществ, содержание влаги и рН почвы. Также со временем варьируется состав самих растительных сообществ. Доступ к свету, или питательным веществам в почве может меняться по мере того, как увеличивается плотность расположения растений и их высота. Неоднородные условия окружающей среды могут способствовать устойчивости экологического сообщества и росту разнообразия экосистем21.
Система «Три сестры» показывает, что взаимопомощь в разнообразной среде ведет к продуктивному росту. В этой системе также подчеркивается благотворное влияние взаимодействия в сообществе и предлагается разумный экосистемный подход к развитию коммуникации и поддержке успеха. «Три сестры» также являются примером силы партнерства, взаимных отношений, разделения экологических ниш и круговорота питательных веществ или ресурсов22. Уроки «сестер» в равной степени применимы и к дискуссиям об общественных ценностях23.
Однако величайший и бессмертный урок, который можно извлечь, заключается в понимании, что каждый индивид в сообществе имеет особые навыки и обладает потенциалом для внесения того или иного уникального вклада. Мы должны культивировать индивидуальную осведомленность о наших особых ролях, способствовать синергии между ними и формировать сообщество, которое с радостью воспримет эти дары и признает, как они помогают и улучшают сообщество в целом24.
Коренные народы, которые развили знания о выращивании сельскохозяйственных культур по системе «Три сестры», знали о преимуществах совместного прорастания кукурузы, фасоли и тыквы задолго до того, как ученые согласились с важностью отношений взаимопомощи и назвали механизмы и процессы, лежащие в их основе. Подумайте обо всех других знаниях, которыми обладали и обладают коренные народы о мире природы. Возможно, настало время преодолеть разрыв между научными знаниями и знаниями коренных народов25. Подобный союз станет зеркальным отражением мира природы. «Сестры» предлагают уроки, вдохновленные знаниями о растениях и не только. В конце концов, как объясняет Киммерер, «наука просит нас получать знания об организмах. Традиционное же знание требует, чтобы мы учились у них»26.
Природа отношений взаимопомощи в огороде «Трех сестер» может послужить руководством для того, как нам, людям, стоит устанавливать взаимодействия в различных сферах жизни, включая личную, профессиональную и образовательную. Мы часто рассматриваем эти области нашего существования как конкурирующие друг с другом с точки зрения времени, энергии и ресурсов, а также других факторов27. Поскольку количество времени и энергии, затрачиваемое нами в разных областях, в значительной степени обусловлено воспринимаемыми вознаграждениями и обязательствами, мы склонны верить, что участие в одной области отнимает драгоценное время и энергию, которые можно было бы потратить на другие области. Это заставляет нас постоянно разрываться между конкурирующими требованиями.
Вместо того чтобы считать, что эти области соперничают друг с другом, нам следует думать о том, что их интеграция или взаимное перекрестное использование может принести пользу в личной и профессиональной сфере, точно так же как совместное выращивание разных сельскохозяйственных культур повышает продуктивность28. Будучи профессором, я часто мечусь между преподаванием, наставничеством, проведением исследований и дополнительной занятостью в научно-преподавательском сообществе. Когда я начала видеть пересечение этих обязанностей и развивать синергетические виды деятельности, например использовать новые открытия из своих исследований в качестве основных материалов в лекциях, я на собственном опыте осознала важность культивирования взаимной помощи и ответственности. Действительно, «баланс» между жизнью и карьерой привел бы к различным приоритетам и предоставил бы дополнительные возможности, если бы мы рассматривали различные области как области взаимной ответственности или взаимных преимуществ, а не как конкурентов за время, энергию или ресурсы.
Подобно кукурузе в огороде «Трех сестер», первая сфера — основа, поддерживающая рост других. Создав прочную базу, мы можем в дальнейшем стремиться содействовать росту второй области, которая взаимозависима с нашими основными интересами и поддерживается ими.
Наконец, мы добавляем третью область, которая важна, но имеет меньший приоритет. Установив основные критерии, по которым мы хотим оценивать успех нашей жизни или карьеры, мы можем определить, какие дополнительные виды деятельности интегрируются с нашей первой и второй областями, или «сестрами», улучшают их, приводя к партнерству. В моей профессорской карьере эти три области — исследования, преподавание и дополнительная занятость — определяются критериями, используемыми для оценки результатов работы и принятия решения о повышении в должности. В моей личной жизни воспитание детей и трудовая деятельность определены как основные области, а третья — забота о себе — личный выбор. Подобно кукурузе, фасоли и тыкве в огороде «Трех сестер», эти области «сотрудничают, а не конкурируют»29. Длительные прогулки вместе с моим сыном летом — это один из способов, с помощью которого я совмещаю воспитание и заботу о себе. Система «Три сестры» обеспечивает богатую основу для вдохновляющей интеграции в личных и профессиональных областях.
«Три сестры» также предлагают нам уроки о «способности других [живых существ] быть нашими учителями, носителями знаний, наставниками», как выразилась Киммерер30. Эти уроки необходимы для установления, продвижения и реализации межкультурной компетенции. Мы лучше всего можем обеспечить людям из разных культурных слоев доступ к знаниям и поддержать их успех, когда ценим дары, которые каждый из них может предложить. Мы должны применить этот урок на практике во многих сферах — в наших сообществах, наших школах, на наших рабочих местах31. Он становится все более важным по мере того, как демография США продолжает меняться, а сообщества учащихся и работников быстро диверсифицируются32. Наша способность признавать и использовать взаимные преимущества разнообразия имеет решающее значение.
Если мы сможем открыть глаза на эти уроки «Трех сестер», да и вообще всех растений, то в нашем распоряжении окажется невероятное изобилие мудрости, ожидающей нашего осознания и практической реализации.
I Эпиграф: Andrea Wulf, The Invention of Nature: Alexander von Humboldt’s New World (New York: Knopf, 2015), 125. (Андреа Вульф. Открытие природы: новый мир Александра фон Гумбольдта. М.: Азбука, 2019.)
II Нация потаватоми — признанный на федеральном уровне орган самоуправления племени потаватоми. — Прим. ред.
1 Cynthia C. Chang and Melinda D. Smith, «Resource Availability Modulates Above- and Below-ground Competitive Interactions between Genotypes of a Dominant C4 Grass», Functional Ecology 28, no. 4 (2014): 1041–1051, 1042; David Tilman, Resource Competition and Community Structure (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1982).
2 Philip O. Adetiloye, «Effect of Plant Populations on the Productivity of Plantain and Cassava Intercropping», Moor Journal of Agricultural Research 5, no. 1 (2004): 26–32; Long Li, David Tilman, Hans Lambers, and Fu-Suo Zhang, «Plant Diversity and Overyielding: Insights from Belowground Facilitation of Intercropping in Agriculture», New Phytologist 203, no. 1 (2014): 63–69; Zhi-Gang Wang, Xin Jin, XingGuo Bao, et al., «Intercropping Enhances Productivity and Maintains the Most Soil Fertility Properties Relative to Sole Cropping», PLOS One 9 (2014): e113984.
3 Li et al., «Plant Diversity and Overyielding».
4 Venida S. Chenault, «Three Sisters: Lessons of Traditional Story Honored in Assessment and Accreditation», Tribal College 19, no. 4 (200: 15–16; Robin Wall Kimmerer, Braiding Sweetgrass: Indigenous Wisdom, Scientific Knowledge and the Teachings of Plants (Minneapolis, MN: Milkweed Editions, 2015), 132 (Робин Уолл Киммерер. Плетение сладкой травы: мудрость предков, научные факты и истина из жизни растений. М.: Эксмо, 2020).
5 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 128–140; K. Kris Hirst, «The Three Sisters: The Traditional Intercropping Agricultural Method», ThoughtCo, May 30, 2019.
6 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 131.
7 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 130.
8 Adetiloye, «Effect of Plant Populations on the Productivity of Plantain and Cassava Intercropping»; P. O. Aiyelari, A. N. Odede, and S. O. Agele, «Growth, Yield and Varietal Responses of Cassava to Time of Planting into Plantain Stands in a Plantain / Cassava Intercrop in Akure, SouthWest Nigeria», Journal of Agronomy Research 2, no. 2 (2019): 1–16.
9 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 131; Abdul Rashid War, Michael Gabriel Paulraj, Tariq Ahmad, et al., «Mechanisms of Plant Defense against Insect Herbivores», Plant Signaling & Behavior 7, no. 10 (2012): 1306–1320.
10 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 140.
11 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 132.
12 Lindsay Chaney and Regina S. Baucom, «The Soil Microbial Community Alters Patterns of Selection on Flowering Time and Fitness-related Traits in Ipomoea purpurea», American Journal of Botany 107, no. 2 (2020): 186–194; Jennifer A. Lau and Jay T. Lennon, «Evolutionary Ecology of Plant—Microbe Interactions: Soil Microbial Structure Alters Selection on Plant Traits», New Phytologist 192, no. 1 (2011): 215–224; Marcel G. A. Van Der Heijden, Richard D. Bardgett, and Nico M. Van Straalen, «The Unseen Majority: Soil Microbes as Drivers of Plant Diversity and Productivity in Terrestrial Ecosystems», Ecology Letters 11, no. 3 (200: 296–310.
13 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 133; Catherine Bellini, Daniel I. Pacurar, and Irene Perrone, «Adventitious Roots and Lateral Roots: Similarities and Differences», Annual Review of Plant Biology 65 (2014): 639–666.
14 Angela Hodge, «The Plastic Plant: Root Responses to Heterogeneous Supplies of Nutrients», New Phytologist 162, no. 1 (2004): 9–24.
15 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 140.
16 Henrik Hartmann and Susan Trumbore, «Understanding the Roles of Nonstructural Carbohydrates in Forest Trees— From What We Can Measure to What We Want to Know», New Phytologist 211, no. 2 (2016): 386–403.
17 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 133; Janet I. Sprent, «Global Distribution of Legumes», in Legume Nodulation: A Global Perspective (Oxford: Wiley-Blackwell, 2009), 35–50; Jungwook Yang, Joseph W. Kloepper, and Choong-Min Ryu, «Rhizosphere Bacteria Help Plants Tolerate Abiotic Stress», Trends in Plant Science 14, no. 1 (2009): 1–4.
18 Tamir Klein, Rolf T. W. Siegwolf, and Christian Körner, «Belowground Carbon Trade among Tall Trees in a Temperate Forest», Science 352, no. 6283 (2016): 342–344.
19 Cyril Zipfel and Silke Robatzek, «Pathogen-Associated Molecular Pattern-Triggered Immunity: Veni, Vidi . . . ?» Plant Physiology 154, no. 2 (2010): 551–554.
20 Kevin R. Bairos-Novak, Maud C. O. Ferrari, and Douglas P. Chivers, «A Novel Alarm Signal in Aquatic Prey: Familiar Minnows Coordinate Group Defences against Predators through Chemical Disturbance Cues», Journal of Animal Ecology 88, no. 9 (2019): 1281–1290.
21 Michiel van Breugel, Dylan Craven, Hao Ran Lai, et al., «Soil Nutrients and Dispersal Limitation Shape Compositional Variation in Secondary Tropical Forests across Multiple Scales», Journal of Ecology 107, no. 2 (2019): 566–581.
22 Robin Wall Kimmerer, «Weaving Traditional Ecological Knowledge into Biological Education: A Call to Action», BioScience 52, no. 5 (2002): 432–438.
23 Chenault, «Three Sisters».
24 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 134.
25 Kimmerer, Braiding Sweetgrass; Jayalaxshmi Mistry and Andrea Berardi, «Bridging Indigenous and Scientific Knowledge», Science 352, no. 6291 (2016): 1274–1275.
26 Robin Wall Kimmerer, «The Intelligence in All Kinds of Life», On Being with Krista Tippett, original broadcast February 25, 2016.
27 Joseph A.Whittaker and Beronda L. Montgomery, «Cultivating Institutional Transformation and Sustainable STEM Diversity in Higher Education through Integrative Faculty Development», Innovative Higher Education 39, no. 4 (2014): 263–275.
28 Whittaker and Montgomery, «Cultivating Institutional Transformation».
29 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 132.
30 Kimmerer, Braiding Sweetgrass, 58.
31 Примеры роли культурной компетентности в содействии успешным результатам сотрудничества см. в статье Stephanie M. Reich and Jennifer A. Reich, «Cultural Competence in Interdisciplinary Collaborations: A Method for Respecting Diversity in Research Partnerships», American Journal of Community Psychology 38, no. 1–2 (2006): 51–62.
32 Joseph A. Whittaker and Beronda L. Montgomery, «Cultivating Diversity and Competency in STEM: Challenges and Remedies for Removing Virtual Barriers to Constructing Diverse Higher Education Communities of Success», Journal of Undergraduate Neuroscience Education 11, no. 1 (2012): A44—A51; Kim Parker, Rich Morin, and Juliana Menasce Horowitz, «Looking to the Future, Public Sees an America in Decline on Many Fronts», Pew Research Center, March 2019), ch. 3, «Views of Demographic Changes».
https://elementy.ru/bookclub/chapters/436658/Rasteniya_razumnye_Glava_iz_knigi
