|
О.А. Барабанова, И.Н. Безкоровайная, Е.Б. Бухарова [и др.]
Экология: курс лекций
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 325 с.
Глава 2. Глобальные проблемы биосферы
Лекция 13. Деградация биоценозов и ограниченность биосферы
13.1. Биоразнообразие планеты
Одним из принципов экологической нравственности является
принцип: каждое поколение имеет право на то же биоразнообразие, что и
предыдущее. В настоящее время скорость разрушения биосферы превышает скорость
ее познания. По некоторым оценкам, систематиками описано лишь около 10–15 %
видов живых организмов, и большинство исчезающих видов остаются не известными
науке.
Число
видов организмов, населяющих Землю, очень велико, но оценки этой величины
сильно отличаются, варьируя от 5 до 80 миллионов – более или менее четкая
таксономическая принадлежность установлена всего для 1,4 миллиона видов. Из
этого известного числа видов примерно 1 000 000 — это насекомые, 41 000
— позвоночные животные, 250 000 —
растения. Остальные виды представлены сложным набором беспозвоночных животных,
грибов, водорослей и других микроорганизмов.
Видовое
«богатство» различных климато-географических зон сильно отличается, хотя четко
прослеживается тенденция увеличения от полюсов к экватору. Так, например, число
пресноводных насекомых в тропических лесах в 3–6 раз больше, чем в лесах
умеренного климата. На единицу площади в тропических лесах приходится наибольшее
на Земле количество видов млекопитающих. Во влажных тропических лесах Латинской
Америки на одном гектаре встречается 40–100 видов деревьев, тогда как на
востоке Северной Америки 10–30 видов. В долинах Малайзии, в районе Куала-Лумпур,
на одном гектаре насчитывается около 600 видов деревьев, диаметр ствола которых
более 2 см, а на всей территории Дании в два раза меньше видов всех размеров.
В
морской среде наблюдается такая же закономерность распределения видов, как и на
суше. Так, число видов асцидий в Арктике едва превышает 100, а в тропиках оно
больше 600.
По определению, данному Всемирным фондом дикой природы
(1989), биологическое разнообразие – это «все многообразие форм жизни на
земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов
и сложных экосистем, образующих живую природу».
Изучение
структурно-функциональной организации биотических сообществ экосистем показало,
что устойчивость природных биосистем и эффективность их функций определяются
разнообразием на видовом, генетическом и ценотическо-экосистемном уровнях. Биологическое
разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от
бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В
более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие
видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями
внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие
биологических сообществ и экосистем, сформированных сообществами, и взаимодействие
между этими уровнями.
Для
беспрерывного выживания видов и природных сообществ необходимы все уровни
биологического разнообразия, все они важны и для человека. Разнообразие видов демонстрирует
богатство эволюционных и экологических адаптаций видов к различным средам.
Видовое разнообразие включает весь набор видов, обитающих на Земле, служит для
человека источником разнообразных естественных ресурсов.
Генетическое
внутривидовое разнообразие часто обеспечивается репродуктивным поведением
особей внутри популяции. Оно необходимо любому виду для сохранения репродуктивной
жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, способности к адаптации в изменяющихся
условиях. Генетическое разнообразие домашних животных и культивируемых растений
особенно ценно для тех, кто работает над селекционными программами по поддержанию
и улучшению современных сельскохозяйственных видов.
Биологическое сообщество определяется как совокупность
особей различных видов, обитающих на определенной территории и
взаимодействующих между собой. Биологическое сообщество в совокупности со средой
своего обитания называется экосистемой. Разнообразие на уровне сообществ
представляет собой коллективный отклик видов на различные условия окружающей
среды. Биологические сообщества, характерные для пустынь, степей, лесов и
затопляемых земель, поддерживают непрерывность нормального функционирования
экосистемы, обеспечивая ее «обслуживание», например, с помощью регулирования
паводков, зашиты от почвенной эрозии, фильтрации воздуха и воды.
Нередко выделяют еще один тип – биоразнообразие ландшафтов.
Одной из составных частей природной среды является рельеф земной поверхности,
существующий в своей непрерывной изменчивости на границе трех природных
оболочек, или сфер, нашей планеты – земной коры, или литосферы, атмосферы и
гидросферы. Земная поверхность с ее рельефом – живописными или суровыми горами,
обширными равнинами, по которым плавно извиваются реки, барханами и песчаными
грядами пустынь, высокогорными ледниками –
представляет собой арену жизни, одну из главнейших составляющих биосферы.
Ландшафты состоят из ряда природных и культурных элементов. Они воплощают в
себе коллективную память природы и тех, кто ее населяет, образуя сложный
элемент окружающей среды.
Количественные показатели биоразнообразия в экосистемах
сильно варьируют в зависимости от влияния различных факторов и составляют от 3
видов в холодных антарктических пустынях и на солонцах до 2 000 и более –
в дождевом тропическом лесу.
Биоразнообразие является основой жизни на Земле, одним из важнейших
жизненных ресурсов. Чем больше видовое разнообразие биоценоза, тем полнее
используются ресурсы на каждом трофическом уровне. Каждый вид занимает
определенное положение в составе экосистемы и выполняет определенные функции,
обеспечивающие стабильность его позиций и стабильность биоценоза и экосистемы в
целом. Это положение называют экологической нишей. Положение каждого вида и
популяции в биоценозе зависит от наличия необходимых для их жизнедеятельности
условий среды, прежде всего абиотических факторов, а также от взаимоотношений с
другими видами и популяциями.
От количества экологических ниш зависит структура всего
биоценоза. Чем разнообразнее абиотические условия среды, тем больше видов
осваивают данный биотоп. При этом увеличивается экологическая специализация
видов, а объем самих ниш уменьшается. Следовательно, биоразнообразие в экосистеме
является функцией ее абиотической составляющей.
Повышение биоразнообразия, т. е. увеличение числа видов в
биоценозе, сопровождается ограничением численности особей, входящих в
экологические ниши. Немецкий эколог А. Тинеманн, основываясь на этой закономерности,
сформулировал правило числа видов и числа особей: в благоприятных условиях
число видов растет, а численность особей в популяции падает, тогда как в
неблагоприятных условиях происходит обратное.
Трудно переоценить значение всего количества товаров и
услуг, которые обеспечиваются биоразнообразием. Некоторые виды при этом являются
жизненно необходимыми. Так, люди используют в пищу около 7 000 видов
растений, но 90 % мирового продовольствия создается за счет всего 20 видов, а
из них 3 вида (пшеница, кукуруза и рис) покрывают более половины всех
потребностей.
Биологические ресурсы являются также значительным источником
сырья для промышленности, в том числе медицинской, что является фактором, от
которого зависит национальная экономика.
В последнее время человечество осознало полезность диких
видов растений и животных. Дикие виды не только содействуют развитию сельского
хозяйства, медицины и промышленности, но и полезны для окружающей среды,
являясь обязательным компонентом — биотической составляющей природных
экосистем. Биоразнообразие считают главным фактором, определяющим устойчивость
биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере.
Условием сохранения и поддержания высокой способности биоты
к адаптации является богатое видовое разнообразие. Причинно-следствен-ные
отношения между многими видами играют большую роль в круговороте вещества и
потоках энергии в компонентах экосистем, которые непосредственно связаны с
человеком. Однако даже виды организмов, которые не входят в пищевую цепь
человека, могут быть ему полезными, хотя и приносят пользу косвенным путем.
Так, например, животные-фильтраторы и детритофаги, не используемые человеком в
пищу, вносят существенный вклад в круговорот биогенных элементов, в частности
фосфора.
Многие виды сыграли главную роль в становлении климата на
Земле и продолжают быть мощным стабилизирующим фактором в отношении климата.
Эволюционные процессы, происходившие в различные
геологические периоды, привели к существенным изменениям видового состава
обитателей Земли. Около 65 млн лет назад в конце мелового периода произошли
наиболее крупные исчезновения видов, особенно птиц и млекопитающих. Полностью
вымерли динозавры. Позже биологические ресурсы утрачивались быстрее, причем в
отличие от великого вымирания мелового периода, вызванного, скорее всего,
природными явлениями, утрата видов происходит вследствие деятельности человека.
В Северной
Америке за 3 000 лет было истреблено человеком 50 видов млекопитающих и
около 40 видов птиц, в среднем по 3 вида за столетие. В Новой Зеландии с момента
заселения ее полинезийцами (около 950 г. н. э.) и до прихода европейцев (в 1769 г.) исчезало в среднем по 1 виду каждые 20 лет.
Начиная с 1600 г. оказалось возможным более точно восстановить историю исчезновения видов (по документам,
коллекциям, научным описаниям), поэтому этот год избран МСОП точкой отсчета
современных потерь в животном и растительном мире Земли.
Подсчеты
показывают, что за период с 1600 г. по 1975 г. исчезли 63 вида и 44 подвида млекопитающих, 74 вида и 87 подвидов птиц, что означает исчезновение за это время
более 1,2 % высших позвоночных. Эти цифры, конечно же, не очень точны, но, к
сожалению, в сторону занижения: не исключено, что за это время вымерло
несколько сотен видов позвоночных.
В более позднее
время темп вымирания видов ускорился. В XVII–XVIII вв. вымирало, по-видимому,
по 1–2 вида в десятилетие. В XX в. темп увеличился до нескольких видов
позвоночных в год (в среднем за 400 лет 1 вид исчезал каждые 3 года). Скорость
вымирания продолжает нарастать: в последние годы исчезает от 1 до 10 видов
животных (включая позвоночных и беспозвоночных) ежедневно и по одному виду
растений, возможно и более, еженедельно.
Опасность,
грозящая биоразнообразию, постоянно нарастает. Между 1990 и 2020 гг. могут
исчезнуть от 5 до 15 % видов, причиной чего считают обезлесение в тропиках. Это
составит от 15 000 до 50 000 видов в год или от 40 до 140 видов в
день. По-видимому, около 22 000 видов растений и животных сейчас находятся
под угрозой исчезновения. Из них 66 % видов позвоночных животных являются
обитателями континентов.
В настоящее время выделяют четыре основные причины утраты
видов:
1) утрата среды обитания, фрагментация и
модификация;
2) чрезмерная эксплуатация ресурсов:
3) загрязнение окружающей среды;
4) вытеснение естественных видов интродуцированными
видами.
Во
всех случаях эти причины имеют антропогенный характер.
Специалисты
подсчитали, что каждый год на Земле погибают тропические леса на площади 11,1
млн га (т. е. 21 га каждую минуту). Сокращение же 70 % тропических лесов ведет
не только к исчезновению видов, которые обитали на уничтоженных участках леса,
но и сокращению до 30 % численности видов, обитающих на соседних участках леса.
Из биогеографических исследований островов известно, что
утрата 50 % среды обитания ведет к потере примерно 10 % видов. Степень
сохранности местообитаний в различных биогеографических областях мира в
настоящее время оценивается следующим образом: Индомалайзийская область – 19,6 %,
Афротропическая – 47,1, Палеоарктическая – 57,6, Неоарктическая – 61,9, Неотропическая
– 65,5, Австралийская – 69,1, Океанийская – 80,7 и Антарктическая – 98,4 %.
Многие морские виды исчезают из-за коммерческой эксплуатации
моря. Крупные наземные животные, в частности африканский слон, также находятся
под угрозой исчезновения вследствие чрезмерной антропогенной нагрузки на зоны
их естественного обитания. По данным Сэмюела Вассера с коллегами, для добычи
слоновой кости ежегодно истребляется более 8 % популяции африканских слонов.
Этот уровень смертности превышает уровень их воспроизводства (в оптимальных
условиях он составляет не более 6 %).
Большую опасность антропогенного воздействия на окружающую
среду представляет ее загрязнение, особенно токсичными химическими веществами и
ксенобиотиками. Пестициды, например, ДДТ, который давно был запрещен как
экологически опасное вещество, до сих пор обнаруживаются не только в почве, но
и в составе тканей живых организмов. Причиной этого явления считают
стабильность ДДТ (как и других хлорорганических соединений), а также его
перенос на большие расстояния с воздушными потоками и перелетными птицами.
Нередко наблюдается обратный процесс вторжения в биоценоз новых видов.
Число таких интродуцированных видов в некоторых экосистемах огромно. Например,
на Гавайских островах, где найдено всего около 5 000 видов, число видов
интродуцированных насекомых составляет около 1 300.
Кровососущий комар Aedes albopictus
до недавнего времени был распространен исключительно в Юго-Восточной Азии и на
островах в Индийском океане. Но в последние несколько десятилетий этот вид расселился
на все континенты, за исключением Антарктиды, причем его ареал продолжает
стремительно расширяться. В тех местах, где много людей и не так много других
потенциальных жертв, он причиняет людям немало страданий, в особенности потому,
что пьет кровь не в сумерках, как ряд других кровососущих комаров, а при свете
дня, и потому, что нападает и напивается кровью быстрее большинства других
видов. Успешному расселению данного вида способствует то обстоятельство, что
его личинки развиваются (и довольно быстро) в небольших резервуарах пресной
воды, в том числе в застаивающейся в автомобильных покрышках дождевой воде, а
его яйца успешно переносят высыхание. Кроме собственно укусов, он вреден людям
тем, что переносит некоторые заболевания, в частности лихорадку денге. Хотя
расселение этого вида и можно затормозить, принимая своевременные меры, едва ли
удастся предотвратить его дальнейшее проникновение в те районы Земли, где существуют
подходящие для его обитания условия.
Заносные дикие и дичающие культурные
растения, входя в состав местной флоры, формируют комплекс так называемых
адвентивных видов. Во многих странах Европы, в Канаде, Японии, ряде штатов США
доля таких видов во флорах составляет 10–20 % (например, в Новой Зеландии около
25, в Великобритании до 29 %). Те же процессы характерны и для фаун. В
Великобритании свыше 60 видов позвоночных – завезенные, в том числе 1/4 всех
обитающих там млекопитающих.
|
