Генофонд и причины гибели видов

      Органический  мир Земли образован совокупностью  видов животных, растений, грибов, микроорганизмов. Каждый компонент органического  мира взаимосвязан с другим, справедлив закон «все связано со всем». Изменение  и тем более уничтожение одного из компонентов системы влечет за собой изменение, а в предельном случае гибель всей системы. Все это делает необходимым осуществление специальных природоохранных мероприятий, направленных на защиту всех живых организмов, сохранению биоразнообразия на планете. 

      Главная задача охраны природы — охрана генофонда — совокупности генов, которые имеются у всех особей популяций. Изменение генофонда происходит за счет мутаций, вызванных естественными факторами и факторами антропогенного происхождения. Уничтожение, истребление отдельных видов популяции обедняет генофонд планеты, который в настоящее время насчитывает около 1,3 млн видов только животных. Из 300 тыс. видов высших растений мировой флоры лишь около 2,5 тыс. постоянно применяют в сельском хозяйстве, а 20 тыс. — по мере необходимости.

 
 Разнообразие природных форм организмов необходимо для проведения селекции. Селекция — наука о методах  создания сортов, гибридов растений и  пород животных, штаммов микроорганизмов  с нужными человеку признаками. Под  руководством академика Н. И. Вавилова были выполнены работы по изучению многообразия и географического распространения культурных растений. Им было выделено семь центров происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм этих видов. Их охрана — гарантия практических успехов селекции.  

      Непосредственная  причина вымирания видов в естественных условиях — снижение его численности ниже критического уровня, который зависит от структуры популяций вида и определяется законами популяционной генетики. Критическим называют тот уровень численности, ниже которого вероятность близкородственного скрещивания становится достаточно большой. Это ведет к уменьшению генетического разнообразия вида, так называемого резерва наследственной изменчивости. Следствием такого снижения численности становятся поэтому повышение доли потомков, имеющих врожденные нарушения, которые повышают смертность в новых поколениях, снижают приспособителъные возможности и плодовитость остающихся в живых. В результате численность уже необратимо падает и через небольшое число поколений вид полностью исчезает. В этом смысле в опасном положении находятся сейчас уже многие виды. Например, гепард, уникальный «спринтер» среди хищных млекопитающих, в Африке не только малочислен, но и имеет очень низкие показатели внутривидового генетического разнообразия. Фактически все африканские гепарды оказались более или менее близкими родственниками. У них максимальная среди представителей семейства кошачьих смертность молодых животных в первые дни и неделя жизни, они больше других кошачьих подвержены инфекционным заболеваниям. 

      Однако  снижение численности — в той  же мере непосредственная причина вымирания вида, в какой остановка сердца — непосредственная причина гибели отдельного животного. Истинная причина вымирания — это те условия, которые приводят численность вида на критический уровень и продолжают действовать в течение жизни нескольких поколений. Из всего разнообразия внешних условий для каждого вида живых существ можно выделить отдельные факторы, которые принято разделять на биотические, связанные с другими видами (объекты питания, хищники, паразиты, конкуренты и т. п.), и абиотические, факторы неживой природы (температура, влажность, свет, соленость и т. п.). 

      Как правило, только один из факторов оказывается главным ограничителем численности интересующего нас вида. Такой фактор называется лимитирующим. Например, для большинства лососевых лимитирующим фактором оказывается содержание кислорода в воде, в которой развивается их крупная икра. Это определяет характер нерестовых рек лососевых — низкая температура и быстрое течение, насыщающие воду кислородом, низкое содержание органических веществ, окисление которых снижает содержание в воде кислорода, низкая минерализация воды. Загрязнение нерестовых рек быстро ведет к снижению численности лососевых. Для белки в зоне тайги лимитирующий фактор — урожай семян ели, для водяной крысы в поймах рек — уровень весеннего половодья. Надо иметь в виду, что выделить из множества биотических и абиотических факторов единственный лимитирующий не всегда просто, а иногда лимитирующим оказывается взаимодействие двух или более факторов. Например, для многих водных беспозвоночных температурный оптимум оказывается разным при различной солености, и их численность лимитируется взаимодействием этих факторов. 

Биотические факторы 

      В природе происходят периодические  изменения условий, в частности климатических, связанные с циклами солнечной активности, периодическими измененияии основных направлений переноса влаги ветрами и с другими причинами, часто взаимодействующими слишком сложным образом, чтобы можно было всегда уверенно указать основные причины подъема или снижения численности того или иного вида. Кроме того, многие виды зависят от численности друг друга, как, например, в случае взаимодействия хищников и жертв. Численность многих видов соответственно имеет многолетние, связанные с солнечными, и другие циклы, в которых бывают минимумы, когда вид становится наиболее уязвимым. Это явление особенно характерно для относительно простых экосистем, где обычно небольшое число видов представлено большим числом особей. Для выживания в таких экосистемах с суровыми и часто переменчивыми условиями жизни оказалась, очевидно, выгодной и закрепилась эволюцией изменчивость численности в широких пределах как форма существования видов. Простейший пример такого вида с большой амплитудой колебаний численности представляет обыкновенная домашняя муха, численность которой в конце лета и ранней весной может отличаться в сотни тысяч раз. 

      В мире растений господствует вытеснение менее совершенных форм более совершенными. Отстающие группы вытеснялись теми растениями, которые осуществили важные достижения прогрессивного значения. У лептоспорангиатпых папоротников имеются приспособления к быстрому опоражниванию спорангиев и разбрасыванию спор, чего не было у эвспорангиатных папоротников, господствовавших в палеозое, но затем отошедших на второй план. Для того чтобы подобные усовершенствования («изобретения») вели к вытеснению отстававших конкурентов, требовалось, конечно, много времени. И в некоторых условиях среды «отстающие» могли все же выживать долго, даже до нашего времени. 

      Очень часто справедливо отмечалось прогрессивное  значение семенного размножения  по сравнению со споровым. Замечательный американский палеоботаник-дарвинист Э. У. Берри считал возникновение семян чрезвычайно большим шагом вперед, «огромным преимуществом». Достижение эволюцией некоторых голосеменных растений уровня покрытосеменности обусловило их успех в вытеснении других отстающих голосеменных. Б. А. Келлер правильно указывал признаки высокой организации покрытосеменных по сравнению с голосеменными; это касается как органов воспроизведения, так и органов вегетативных. Такими достижениями покрытосеменным была обеспечена широкая экспансия в те экологические области, куда не могли проникать голосеменные. Кроме того, эти преимущества покрытосеменных ставили их в выгодные условия в борьбе за существование и на тех пространствах, где произрастали голосеменные.  

Абиотические  факторы 

      Кроме того, в процессе геологической эволюции земной коры возникают и разрушаются горные цепи, перемещаются континенты, изменяется климат, огромные массы пресной воды то связываются в полярных льдах, то вновь поступают в атмосферногидросферный круговорот. Геологические изменения сопровождаются, таким образом, изменениями географии планеты, но эти изменения происходят чрезвычайно медленно, причем длительные, продолжающиеся миллионы и десятки миллионов лет периоды относительно спокойной эволюции земной коры сменяются иногда периодами бурного развития геологических процессов, занимающими «всего», десятки и сотни тысячелетий. 

      На  фоне идущих с переменной скоростью  процессов геологической эволюции земной коры и географической среды работают механизмы биологической эволюции,  которые, по-видимому, достаточно универсальны, но в зависимости от условий, в которых они протекают, могут давать различные результаты. В основе изменчивости лежит мутационный процесс. Мутации — это изменения в структуре молекул вещества — носителя генетической информации, ДНК. На молекулярном уровне они вызываются воздействиями, энергия которых сравнима с энергией ковалентных связей, удерживающих тот или иной мономер — нуклеотид на своем месте в полимерной молекуле ДНК. К числу таких воздействий относятся различные мутагенные факторы — радиация, рентгеновское и жесткое ультрафиолетовое излучения, космические лучи, тепловой шум, некоторые химические вещества. Мутации имеют принципиально случайный характер. 

      Самой распространенной из всех гипотез, связанных  с абиотическими факторами, считается  та, которая связывает видовое  богатство с устойчивостью климата, то есть с его незначительными  колебаниями по сезонам. Именно таким  является климат тропиков, особенно экваториальная зона. Среда с устойчивым климатом благоприятствует специализированным видам, занимающим узкие экологические ниши.  

      Важное  значение имеет и сложность структуры  местообитаний. Это видно хотя бы из того, что в лесу (многоярусная структура) живет больше видов птиц, чем на лугу. Для морских животных, обитающих в приливной зоне, где дно состоит из частиц различных размеров, больше видов беспозвоночных животных, чем на том же мелководье с однообразным илистым дном. 

Причины гибели видов, связанные с человеческой деятельностью 

      Сокращение  численности видов животных под  влиянием хозяйственной деятельности людей началось очень давно, но особенно усилилось в эпоху научно-технической революции. При этом скорость вымирания видов животных неуклонно возрастала, причем с особой стремительностью в последние полтора - два века. 

      Легко представить себе основные причины  сверхкритического снижения численности  видов, которое приводило к их вымиранию при смене условий. Это, прежде всего, сокращение местообитаний, обеспечивающих весь комплекс факторов внешней среды, которые определяют возможность существования вида. Лимитирующим фактором, в зависимости от биологических свойств вида, могло быть прямое воздействие изменения климатических условий и физико-химических характеристик среды обитания. Им мог быть любой биотический фактор, например резкое сокращение численности основных кормовых растений или, для хищника, обычных объектов охоты. Важным фактором могло стать появление вида-конкурента, лучше приспособленного к выживанию в ухудшившихся условиях. 

      С тем же результатом — снижая численность  до критического уровня и ниже — действуют ныне со все возрастающей эффективностью факторы, связанные с деятельностью человека. Их называют антропогенными, от греческого «антропос» — человек. Антропогенные факторы действуют как непосредственно, так и через изменение свойств природной среды. Так, сокращение местообитаний происходит главным образом за счет хозяйственного освоения новых территорий — вырубки лесов, распашки, расширения используемых под пастбища территорий и увеличения пастбищной нагрузки, строительства новых поселков и городов, расширения дорожной и других коммуникационных сетей. Дополнительно значительные территории и большие водные пространства, особенно внутренние моря, озера и реки, настолько изменяются за счет накопления вредных веществ, что становятся непригодными для жизни многих видов. 

      Следует помнить, что главный ущерб разнообразию состоит не в их гибели из-за прямого  преследования и уничтожения, а в том, что в связи с освоением новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных экосистем оказываются нарушенными. Это так называемое «косвенное воздействие» приводит к вымиранию десятков и сотен видов животных и растений, многие из которых не были известны и никогда не будут описаны наукой. Значительно ускорился процесс вымирания, например, животных, в связи с уничтожением тропических лесов. За последние 200 лет их площадь сократилась почти вдвое и продолжает сокращаться со скоростью 15—20 гектаров в минуту. Практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Сообщества тундры также интенсивно разрушаются. Во многих районах находятся под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества. 

      В нарушенных, обеденных из-за воздействия  человека сообществах в наше время уже возникают новые виды с непредсказуемыми свойствами. Следует ожидать, что этот процесс будет лавинообразно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти их разрушение и наступить экологический кризис. 

      Помимо  сокращения видового разнообразия широко известно исчезновение их популяций  в отдельных регионах.. В результате фауны многих стран лишились ценных в прикладном и научном отношении видов. 

      Гибель  видов в результате прямого и  косвенного воздействия человека в  особенно крупных масштабах известна в Австралии, Африке и Северной Америке. Сильно пострадала фауна океанических островов. Катастрофическое сокращение числа видов птиц на океанических островах связано с коренным изменением естественных природных ландшафтов и конкуренцией с завезенными туда домашними и дикими животными. Вымирание птиц на острове Лусон (Гавайский архипелаг) произошло через 40 лет после заселения его людьми и через 25 лет после завоза туда кошек. Существуя длительное время в условиях изоляции и без конкуренции со стороны других видов, островные птицы стали узко специализированными к определенным условиям. Изменение этих условий под влиянием хозяйственной деятельности, конкуренция со стороны завезенных человеком животных отрицательно сказались на их выживании. 

      Обитатели материков экологически более пластичны, легче переносят изменение среды  обитания. На материках исчезновение видов происходит не так стремительно, как на островах, и связано с чрезмерной охотой, прямым преследованием и изменением условий обитания одновременно. Об этом свидетельствует история исчезновения многих видов.