Текст книги "101 ключевая идея: Экология"

Автор книги: Пол Митчелл

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 11 страниц)

Митчелл Пол
101 ключевая идея: Экология

Введение

Вы держите в руках книгу из серии «Грандиозный мир. 101 ключевая идея». Надеемся, что как данная книга, так и серия в целом окажется для вас интересной и полезной. Цель этой серии – доступным и увлекательным образом познакомить читателя с самыми разными областями знания.

В каждой книге содержится объяснение 101 ключевой идеи и понятия, относящихся к той или иной области знания. Для удобства пользования статьи расположены в алфавитном порядке. Все книги серии написаны таким образом, что от читателя почти не требуется никаких специальных знаний и подготовки. Они будут полезны и для студентов, и для тех, кто только еще готовится к поступлению в высшее учебное заведение, и просто для любознательных.

На наш взгляд, большинство учебников слишком объемны, чтобы служить справочными пособиями, а статьи в словарях слишком кратки, чтобы сформировать у читателя более или менее полное представление о предмете. Книги этой серии совмещают в себе лучшие стороны и учебника, и словаря. Их вовсе не обязательно читать от корки до корки и в строго определенном порядке. Обращайтесь к ним, когда нужно узнать значение того или иного понятия, и вы найдете краткое, но содержательное его описание, которое, без сомнения, поможет вам выполнить задание или написать доклад. Материал в книгах излагается четко, с тщательным подбором необходимых научных терминов.

Итак, если вам потребуется быстро и без больших затрат получить сведения по какой – либо теме – воспользуйтесь книгами данной серии!

Желаем удачи!

Пол Оливер, издатель серии

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

Биогеохимия уделяет основное внимание распределению и распространению на планете таких важных для организма химических веществ, как углерод, азот, фосфор и сера, а также некоторых металлов.

В отличие от энергии, которая приходит на Землю с лучами Солнца и в конечном итоге уходит обратно в космос, химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Поскольку многие химические вещества растворяются в воде, их цикл напрямую связан с круговоротом воды в природе. Этот круговорот, в свою очередь, зависит от энергии солнца. Реки несут воду в океан, где каждая молекула в среднем пребывает 3500 лет, прежде чем тепло заставит ее испариться (вместе с 16 миллионами тонн молекул воды, которые испаряются ежесекундно). Следующие несколько дней она проводит в атмосфере, чтобы вновь возвратиться на землю в виде дождя или снега.

Все биоэлементы проходят в той или иной степени через различные «резервуары», или «хранилища». Такими «резервуарами» могут быть атмосфера, пресные и соленые воды, почва и горные породы и, конечно же, живые организмы. Например, азот является основной составляющей частью атмосферы (до 79 %); некоторые азотфиксирующие бактерии потребляют его прямо из воздуха и производят нитраты, вещества, которые уже могут усваивать растения. В отличие от азота доля фосфора в атмосфере ничтожно мала. Он, как правило, медленно, но постоянно скапливается в морях, где и пребывает в течение миллионов лет, проходя через циклы бесчисленных организмов. В конечном итоге он входит в состав океанических отложений и остается в них сотни миллионов лет, до тех пор пока они не поднимутся со дна моря и фосфор вновь не вернется в биосферу.

Циклы каждого элемента имеют свои особенности, и они, как в случае углерода и азота, могут быть весьма сложными. Это делает их изучение нелегким, но иметь представление о них очень важно, поскольку они оказывают влияние на человеческую деятельность.

См. также статьи «Гея», «Микробная петля», «Разложение».

БИОКОНТРОЛЬ НАД ВРЕДИТЕЛЯМИ

Всем известно, какое воздействие оказали химические пестициды на окружающую среду. Современные пестициды довольно быстро разлагаются на безвредные компоненты, тем не менее они предназначены лишь для одной цели – убивать, и многие люди обеспокоены тем, какое воздействие они оказывают на здоровье людей и состояние окружающей среды.

Биоконтроль часто рассматривается как эффективная безопасная для окружающей среды и относительно дешевая альтернатива химическим пестицидам. Кроме того, он уже более 100 лет является важным оружием в борьбе с вредителями. За это время около 40 % средств, осуществляющих биоконтроль, доказали свою эффективность.

Насекомые часто становятся вредителями из-за отсутствия природных врагов. Большинство культурных растений произрастает в тех регионах, для которых они не являются исконными. Поэтому на них нападают не свойственные этой среде обитания насекомые, для которых открывается настоящий рай: огромное количество отличной пищи и полное отсутствие природных врагов. Неудивительно, что они становятся вредителями.

В грубом виде биоконтроль можно представить себе следующим образом. Вы приезжаете в место естественного обитания вредителей, находите там их природного врага и завозите его в места распространения культурных растений или животных. Этот метод весьма эффективен, но может привести к совершенно непредвиденным последствиям. Некоторые виды биологического контроля сами становились вредителями, как, например, камышовая жаба, завезенная в Австралию; другие же явились причиной вымирания посторонних видов. Прежде чем завозить виды, не свойственные данной среде обитания, нужно тщательно рассчитать все возможные последствия и оценить риск для видов, не являющихся вредителями.

Сегодня никто, конечно, уже не будет завозить хищных позвоночных животных в не свойственную им среду обитания в качестве средства биоконтроля. Однако продолжаются дискуссии по поводу использования средств биологического контроля над насекомыми и связанного с этим риска.

См. также статьи «Внедрение новых видов», «Паразитоиды», «Регулирование численности популяции», «Хищничество».

БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ

Что такое биологическое разнообразие? Почему оно важно? И почему мы должны поддерживать его? В наиболее общем смысле под биологическим разнообразием подразумевают «разнообразие жизни». Это понятие охватывает генетическое разнообразие различных видов и более высоких таксономических единиц (семейств, классов, типов и т. д.), а также разнообразие сред обитания и экосистем. Поскольку «биологическое разнообразие» – слишком широкое понятие, не существует его строгого определения; все зависит от того, в какой конкретной области его применяют. На практике под биологическим разнообразием подразумевают, прежде всего, разнообразие видов.

Биологическое разнообразие значит гораздо больше, чем просто наличие разных форм жизни. Оно не только определило направления прикладных исследований, но и приобрело статус особой оценки: хорошо, когда имеется биологическое разнообразие, и необходимо его всячески поддерживать, поскольку отсутствие разнообразия – это плохо. В природоохранных мероприятиях приоритет теперь отдается нестолько сохранению отдельных (типичных) видов, сколько сохранению всего разнообразия экосистемы. В пользу этого было выдвинуто много аргументов, начиная с утверждения, что разнообразие жизни ценно само по себе и мы несем моральную и этическую ответственность за его сохранение, и, заканчивая обычным антропоцентрическим прагматизмом – человек в полной мере использует биологическое разнообразие экосистем (см. статью «Экосистема») для своих экономических нужд, как – то: разработка лекарств от рака или развитие экотуризма.

Как сохранить биологическое разнообразие? Один из подходов состоит в том, чтобы направить усилия прежде всего на поддержание и сохранение лучших из многочисленных имеющихся экосистем. Другой предлагает заботиться прежде всего о «горячих точках», то есть о районах наибольшего сосредоточения представителей редких видов, которым грозит вымирание. Проводя комплекс охранных мероприятий в «горячих точках», можно сохранить больше редких видов, чем в других регионах.

См. также статьи «Градиент широтного разнообразия», «Природоохранная деятельность», «Экологическая избыточность», «Экосистема».

БИОМЫ

Понятие «биом» было введено с целью классифицировать основные типы земной растительности согласно влиянию на них климата планеты.

Два основных климатических фактора, оказывающих влияние на растительность, – это температура и осадки (дождь, снег и т. п.). Температура постепенно снижается от экватора к полюсу, но при определении климатических зон следует еще учитывать удаленность от океана, направление океанических течений (например, Гольфстрим несет теплые воды на северо-восток Атлантики) и наличие высоких горных систем.

Сочетание высокой температуры с высоким уровнем осадков в экваториальных зонах благоприятствует произрастанию тропических лесов. На противоположном конце спектра находится тундра с ее низкими температурами и малым количеством осадков. Теплые и сухие регионы – это пустыни. Если же к теплу добавим побольше осадков – получим саванну, и т. д.

В таких территориальных единицах глобального уровня выделяют скорее не отдельные виды растительности, а доминирующие формы жизни (это отличает понятие «биом» от понятия «сообщество»). В качестве примера можно привести суккуленты с колючками, широко распространенные в пустынях. В Новом Свете это будут кактусы, а в Старом Свете – совершенно другие семейства растений.

Внутри биомов распространение конкретных сообществ во многом зависит от топографических и геологических особенностей, от влажности почвы и т. д.; и в самом деле, в некоторых случаях сообщества могут нарушать границы климатических зон. Существует также фактор высоты: даже в тропиках высокие горы лишены деревьев и их вершины покрыты снегом.

Что можно сказать о водных сообществах? Климат оказывает на них меньшее влияние, особенно в океанах, где наблюдаются меньшие, чем на суше, колебания температуры. Доминирующие формы жизни зависят скорее от местных условий (то есть от глубины и течений), чем от географической широты.

См. также статьи «Жизненные формы», «Леса умеренных широт», «Луга», «Пустыни», «Саванны», «Средиземноморские кустарники», «Тропические дождевые леса», «Тундра», «Хвойные леса (тайга)».

БОЛЕЗНИ

В 1990-х годах распространилась своеобразная «мода» на героин, в XIX столетии была «мода» на туберкулез. Героини романтических романов умирали от чахотки, а «чахоточный вид» был очень популярным. В наши дни туберкулезом инфицированы два миллиарда человек, это самая распространенная тяжелая инфекция среди людей. В последние годы заболеваемость туберкулезом возросла даже в развитых странах, во многом из-за возникновения устойчивости к антибиотикам, а также из-за продолжающегося обеднения населения в городах и его большой плотности.

Конечно, туберкулез – это не единственное заболевание, оказывающее такое огромное влияние на снижение численности населения Земли; около 50 миллионов человек умерли во время пандемии гриппа в 1918–1919 годах, а это больше, чем было убито во время Первой мировой войны. Имели место эпидемии бубонной чумы, малярии, свинки.

Хотя почти все болезни известны с давних пор, многие из них получили широкое распространение после того, как основная масса населения Земли сосредоточилась в больших городах. Для того чтобы возникла эпидемия, например, кори, требуется население численностью около 300 000 человек. Иметь представление о таком «пороге передачи» крайне важно при разработке программ вакцинации – достаточно сделать прививки определенному количеству людей, чтобы не допустить распространения болезни среди подверженных ей людей выше этого «порога».

Болезни оказывают огромное влияние на природные сообщества, особенно когда бактерии или вирусы переносятся с одного вида на другой и их новые жертвы оказываются неподготовленными, не имеют иммунитета. Такой перенос часто случается, когда люди и домашние животные осваивают новые территории. Например, вирус чумы рогатого скота, занесенный в Серенгети [1]1
  Национальный парк на севере Танзании. – Здесь и далее прим. ред.


[Закрыть]при посредстве домашнего скота, погубил более 80 % поголовья копытных животных (буйволов, антилоп гну и др.), а это в свою очередь привело к сокращению численности охотящихся на них хищников. Благодаря последующей вакцинации скота количество и копытных, и хищников увеличилось.

Болезни могут поставить некоторые виды на грань вымирания. К примеру, собачья чума, занесенная бродячими собаками, почти целиком погубила несколько оставшихся популяций черноногих хорьков в Северной Америке.

См. также статьи «Паразитизм», «Саванны».

ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ВИДОВ

С тех пор как первые европейцы ступили на территорию будущих Соединенных Штатов Америки, они привезли с собой более 50 000 видов растений и животных. Экономические потери, борьба с распространяемыми завезенными видами болезней и средства контроля над ними обходятся США в 138 миллиардов долларов ежегодно. Возьмем для примера черную крысу. Каждая крыса съедает пищи приблизительно на 15 долларов в год. Если учесть, что в США всего около 1,25 миллиарда крыс, то получается, что только из-за них страна теряет 19 миллиардов долларов ежегодно.

Завезенные виды причиняют не только экономический ущерб. Они могут вызывать серьезные нарушения экологической обстановки, становясь разносчиками болезней, поедая не приспособленные к борьбе с ними местные виды и изменяя среду обитания. Они являются одной из самых больших угроз биологическому разнообразию, поскольку ведут к гомогенизации общемировой биоты.

Океанические острова вследствие своей географической изоляции являются местом обитания разнообразных эндемических (не встречающихся больше нигде) видов и особенно страдают от внедрения завезенных видов. На острове Гуам, [2]2
  Остров в западной части Тихого океана, самый крупный в группе Марианских островов.


[Закрыть]например, выжила только треть из 13 видов лесных птиц, исчезла половина видов рептилий, а единственное уцелевшее местное млекопитающее, фруктовая летучая мышь, ни разу не размножалось на протяжении последнего десятилетия. Основным виновником такого печального положения можно называть бурую древесную змею (brown treesnake), которая проникла туда после Второй мировой войны на наземных и воздушных военный транспортных средствах. Как же один-единственный вид мог вызвать такое опустошение?

Во-первых, как и на других островах, позвоночные Гуама эволюционировали при полном отсутствии хищников и у них выработалась «островная доверчивость»: они не спасаются бегством и становятся легкой добычей завезенных хищников.

Во-вторых, древесная змея не единственный завезенный вид; теперь на острове обитают много грызунов, причудливые сцинки и гекконы (из семейства ящериц). Такое изобилие завезенных видов помогло змее с ее стандартными пищевыми пристрастиями достичь высокой плотности популяции; ее давление на местную фауну оказалось невыносимым для некоторых видов, и они исчезли. Истребив множество представителей местной фауны, змея теперь вынуждена питаться представителями завезенных видов.

См. также статьи «Биоконтроль над вредителями», «Косвенные воздействия».

ВНУТРИВИДОВАЯ КОНКУРЕНЦИЯ

Особи, принадлежащие к одному виду, имеют одинаковые потребности. Если для удовлетворения потребностей всей популяции чего – то не хватает, то между ее представителями возникает конкуренция. Это может быть борьба за пишу, пространство, свет – за все, что так или иначе «потребляется».

Последствия конкуренции между представителями одного вида (внутривидовой конкуренции) зависят от плотности популяции: чем она выше, тем сильнее воздействие конкуренции на каждую особь. Внутривидовая конкуренция рассматривается как один из основных процессов, тормозящих рост популяции. Некоторые популяции могут никогда не достичь достаточно высокой плотности или истощить ресурсы в такой степени, что последствия внутривидовой конкуренции окажутся весьма значимыми.

Конкуренция может выражаться в прямой агрессии (активная конкуренция), которая бывает физической, психологической или химической. Например, самцы, соревнующиеся за право обладать самкой, могут бороться между собой, демонстрировать свой внешний вид, чтобы затмить соперника, либо с помощью запаха держать соперников на расстоянии. Борьба за самок, пространство и свет часто приводит к активной конкуренции.

Конкуренция не всегда бывает выражена настолько ярко. Если, например, часть пищевых ресурсов поедается одним из представителей вида, значит, ею не могут воспользоваться другие особи. В таком случае конкуренция будет непрямой, так как воздействие на популяцию выражается в истощении ресурсов. Это называется эксплуатационной конкуренцией. В большинстве случаев, по всей видимости, сочетаются элементы как эксплуатационной, так и активной конкуренции.

Часто конкуренция асимметрична, то есть некоторые особи страдают от нее сильнее других. Конкуренция в конечном итоге приводит к тому, что отдельные особи оказываются менее приспособленными к выживанию, их вклад в продолжение рода оказывается меньшим, и в последующих поколениях их генотип уменьшается. Они либо погибают, либо им не удается дать потомство или вырасти до необходимых размеров.

См. также статьи «Лимитирующие факторы», «Регулирование численности популяции», «Факторы, зависящие от плотности».

ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ

В последние годы распространилась практика восстановления поврежденных и деградировавших экосистем. Она включает четыре основные возможности:

• восстановить в точности то, что было раньше (восстановление);

• воссоздать систему, в чем-то похожую на ту, что была раньше (реабилитация);

• превратить местность в другую экосистему (замещение);

• оставить землю в покое и позволить экологической сукцессии (см. соответствующую статью) делать свое дело (невмешательство).

Из всех перечисленных технологий, невмешательство является, пожалуй, самым лучшим решением с экономической (и экологической) точки зрения. Возьмем для примера нарушение водной среды, вызванное разливом нефти. Чаще всего самым лучшим действием будет бездействие. Миллионы (и даже миллиарды) долларов, выделенные на восстановление прибрежных морских зон, оказываются потраченными зря, причем существует риск нанести еще более серьезный экологический ущерб. Откуда мы знаем, что восстановление было успешным? Мы не можем принимать за точку отсчета «естественное» состояние экосистем, существующее на данный момент времени, поскольку нетронутых систем осталось очень мало, если они вообще остались. На одни экосистемы человек влияет уже несколько тысяч лет, на другие – в течение столетий или десятилетий; в наше время почти все экосистемы в той или иной степени испытали такое воздействие. Возникает вопрос: насколько далеко мы должны зайти в прошлое, чтобы выбрать «изначальное» состояние экосистемы? В Северной Америке часто за исходное принимается состояние экосистем на момент появления европейских переселенцев (даже если ранее на эти экосистемы воздействовали индейские племена). В Европе нет похожей удобной точки отсчета; чаще всего стараются воссоздать условия, имевшиеся до Второй мировой войны или до начала интенсивного развития сельского хозяйства.

Отдельные части экосистем, которые мы восстанавливаем, чаще всего невелики и изолированы; отсюда следует, что они редко могут самоподдерживаться и потому нуждаются в постоянном контроле. Восстановление – это ценное средство охраны природы, но только на первых порах.

См. также статьи «Историческая экология», «Контроль над местообитаниями», «Местообитания: их воссоздание», «Природоохранная деятельность», «Сукцессия».

ВЫТЕСНЕНИЕ ПРИЗНАКА

Когда два вида борются за обладание ограниченным количеством какого-либо ресурса, то начинает действовать естественный отбор, который приводит либо к уменьшению конкуренции, либо к ее устранению. В одном случае у одного из конкурирующих видов могут развиться приспособления, увеличивающие его возможности борьбы за ресурсы, и он полностью вытеснит соперников; в другом – эволюция будет идти в сторону сведения к минимуму общих потребностей (и, следовательно, конкуренции). Такой процесс называется экологическим вытеснением признака.

Прямые экспериментальные подтверждения вытеснения признака получить нелегко, поэтому большая часть доказательств получена косвенным путем, на основе наблюдений за природными процессами. К сожалению, к схожему результату могут привести несколько разнык процессов и установить различия порой затруднительно. Это одна из давних проблем в экобиологии.

Согласно предположениям, вытеснение признака может привести к тому, что два близкородственных (и конкурирующих между собой) вида будут морфологически отличаться сильнее в одном и том же районе обитания, чем если бы они обитали в разных местах. Такие явления существуют, но нелегко доказать, что это действительно пример вытеснения признака как эволюционного процесса. Для получения четкого доказательства необходимо соблюдение нескольких условий. Среди прочего нужно, чтобы признак был наследуемым, чтобы виды действительно конкурировали друг с другом и чтобы наблюдаемый признак на самом деле имел отношение к потреблению общих ресурсов. Оказывается, что этим условиям удовлетворяют весьма немногие исследования, если таковые вообще имеются.

Среди близкородственных видов наблюдается еще одно явление, а именно: некоторая разница в размерах, особенно органов, связанных с потреблением пищи (например, зубов). Есть причины полагать, что такое явление возникло в результате межвидовой конкуренции, хотя это и остается предметом споров.

См. также статьи «Гильдии», «Коэволюция», «Межвидовая конкуренция», «Семантика», «Сосуществование видов».