Рост численности людей на Земле регулировался как положительными, так и отрицательными обратными связями
Общая картина динамика численности народонаселения Земли за последние две тысячи лет оказывается довольно сложной. Хотя, за исключением относительно недолгого периода в XIV веке, численность эта непрерывно росла, скорость удельного (в расчете на душу населения) роста была очень разной. На протяжении некоторых промежутков времени, например с 400-го по 1200 год, а также с 1700-го по 1960 год, в популяции наблюдалась четкая положительная обратная связь между численностью и скоростью удельного роста: более высокая численность способствовала более быстрому росту, и наоборот. Однако положительная обратная связь обычно ведет к дестабилизации и коллапсу всей системы. Неудивительно, что с 1960-х годов в человеческой популяции устанавливается отрицательная обратная связь между численностью и скоростью ее роста: по мере увеличения численности удельная скорость популяционного роста снижается. В разных, характеризующихся разным уровнем жизни, группах стран факторы, ограничивающие рождаемость, действовали сходным образом. Исключение составляют только страны Африки, располагающиеся к югу от Сахары. В них за последнее время значительно ухудшились условия жизни и сократилась средняя ожидаемая продолжительность жизни. В будущем численность человеческой популяции может стабилизироваться на одном уровне, хотя очень вероятно и возникновение долгосрочных циклических колебаний.
Общая численность людей на Земле в ноябре 2011 года уже перевалила за 7 миллиардов. Научное сообщество откликнулось на достижение очередной «круглой» отметки появлением целого ряда публикаций. В большинстве своем исследователи стараются дать прогноз дальнейшей демографической ситуации: как долго будет еще продолжаться рост народонаселения, наступит ли стабилизация численности на определенном уровне или человечеству грозит коллапс? Предлагаемые для этого модели обычно основываются на экстраполяции — продолжении в будущее тенденций, наблюдаемых в последнее время. Процессы же, имевшие место в человеческой популяции в прошлом, как правило, игнорируются. Отсюда довольно нелепые прогнозы, вроде предсказания «Судного дня» в пятницу 13 ноября 2026 года, сделанного Хайнцем фон Фёрстером еще в 1960 году. В этот день, согласно модели Фёрстера, численность народонаселения Земли должна была достичь бесконечности.
Однако Маурисио Лима (Mauricio Lima) из Центра исследований экологии и биоразнообразия (Center for Advanced Studies in Ecology and Biodiversity) при Папском католическом университете (Сантьяго, Чили) и Алан Берриман (Alan A.Berryman) с Кафедры энтомологии Университета штата Вашингтон (Пулмен, Вашингтон, США) сосредоточили свое внимание не столько на прогнозе будущего, сколько на анализе прошлого. В статье, опубликованной в журнале Oikos, они для интерпретации динамики народонаселения применили классические методы популяционной экологии, обычно используемые зоологами при изучении природных популяций разных животных, как позвоночных, так и беспозвоночных.
Для начала авторы рассмотрели динамику численности народонаселения за последние 2000 лет, используя данные, опубликованные Управлением статистики США (для периода с 1-го года нашей эры до 1950 года) и ООН (для периода 1950–2005 гг.). Из приведенного графика (рис. 1) видно, что в течение первых 800 лет численность человеческой популяции оставалась практически на одном уровне. Рождаемость уравновешивалась смертностью, а удельная (то есть в расчете на душу населения) скорость роста популяции была близка к нулю (рис. 2).
Позднее, в период 800–1200 гг., популяция начала расти, причем увеличивалась не только сама численность, но и скорость ее прироста. Однако в 1250–1350 гг. скорость роста замедлилась, а в 1340–1400 гг. резко сократилась и численность популяции. Причины: сильное похолодание и чума, унесшая в 1346–1353 гг. жизнь трети, если не половины всего населения Западной Европы (см. о возбудителе заболевания: Прочитан геном чумной палочки времен «Черной смерти», «Элементы», 08.11.2011). Восстановление популяции, сопровождающееся увеличением скорости роста популяции (рис. 1 и 2), пришлось уже на эпоху Ренессанса: 1400–1600 гг. Затем мы видим быстрый рост численности (особенно в период с начала XVIII века до середины XX века). В течение последних 200 лет — точнее, до 1965 года — популяции росла быстрее, чем это следовало бы ожидать при экспоненциальном росте. Начиная с 1965–1970 гг. удельная скорость роста человеческой природной популяции снижается.
Напомним, что экспоненциальный рост описывается формулой Nt = N0ert, где Nt — численность в конце промежутка времени t; N0 — численность в начале рассматриваемого промежутка времени; e — основание натуральных логарифмов; r — удельная скорость роста популяции (ее размерность: особи/особи × время = 1/время). Необходимое и достаточное условие экспоненциального роста — неизменность величины r. Иными словами, если в популяции сохраняется постоянным соотношение рождаемости и смертности, то популяция меняет свою численность по экспоненте. Если популяция растет быстрее, чем экспоненциально, значит r не остается постоянным, а увеличивается. Важно подчеркнуть, что в человеческой популяции это происходит не за счет повышения рождаемости (детородные возможности любой женщины ограничены), а за счет снижения смертности, за счет того, что всё большее количество людей не умирает в младенчестве, а доживает до зрелого возраста.
Чтобы выявить соотношение численности и удельной скорости роста авторы обсуждаемой работы построили так называемый фазовый портрет (рис. 3), отложив на одной оси графика логарифм численности, а на другой — удельную скорость изменения численности популяции за короткий предшествующий промежуток времени (20 или 5 лет). Из приведенного рисунка видно, что связь между скоростью роста популяции и численностью имеет довольно сложный вид: в определенных диапазонах численности она положительна (то есть чем больше размер популяции, тем выше скорость ее удельного роста), а в других диапазонах — отрицательна (чем больше размер популяции, тем ниже скорость ее удельного роста).
Периоды положительной и отрицательной связи между численностью и скоростью удельного роста популяции чередовались во времени. Четко выраженная положительная обратная связь отмечена для периодов: с 400-го по 1200 год и с 1700-го по 1960 год (рис. 4), отрицательная — для периода с 1965-го по 2005 год. Положительную обратную связь авторы в соответствии с традициями популяционной экологии трактуют как «кооперацию». Предполагается, что по мере роста численности народонаселения, появляются новые технологии, способные обеспечить быстрое экономическое развитие, рост производства пищи и улучшение условий жизни. Но сама по себе положительная обратная связь между численностью и скоростью популяционного роста чревата дальнейшей дестабилизацией ситуации — рано или поздно она должна смениться формированием отрицательной обратной связи.
Отрицательную обратную связь между численностью и скоростью популяционного роста обычно трактуют как конкуренцию (например, за пищу или кормовую территорию). В случае человеческой популяции снижение скорости роста происходит почти исключительно за счет сокращения удельной рождаемости (о которой демографы судят по коэффициенту фертильности — среднему количеству детей, рожденных одной женщиной за свою жизнь). Отрицательная обратная связь между численностью и скоростью популяционного роста в случае человеческой популяции не связана с уменьшением производства и потребления пищи.
В работе рассмотрены данные и по группам стран. Выделенные демографические тенденции последнего времени в них совпадают, за исключением стран Африки к югу от Сахары. Это единственный регион, для которого за последние 20 лет отмечено снижение средней ожидаемой продолжительности жизни. Связано это прежде всего с распространением ВИЧ-инфекции и падением уровня жизни.
Авторы обсуждаемой статьи осторожны по части прогнозов. Хотя тенденция последнего времени соответствует логистической модели популяционного роста (S-образный рост, выходящий на плато), сохранение численности на одном уровне потребует равновесия среднего (на душу населения) потребления ресурсов, скорости размножения и скорости возобновления лимитирующего ресурса. Но такое равновесие трудно достижимо при ограниченности ресурсов и меняющемся климате. Скорее всего, в популяции с некоторой задержкой возникнут долгосрочные циклические колебания, которые в отдельных обществах (субпопуляциях) уже возникали (подробнее см.: Турчин, 2009).
Источник: Mauricio Lima, Alan A. Berryman Positive and negative feedbacks in human population dynamics: future equilibrium or collapse? // Oikos. 2011. V. 120. P. 1301–1310.
АЛЕКСЕЙ ГИЛЯРОВ
