Механизм устойчивости биосферы

 

     Количество  видов живых организмов в биосфере.

     Таблица 1.

 

     На  формирование биот большое влияние оказали четвертичные оледенения Северного полушария. Похолодание климата в меньшей степени затронуло тропические широты. Поэтому здесь располагаются наиболее древние и богатые по составу биоты материков.

 
 
 
 

     ДИНАМИКА  ПОПУЛЯЦИЙ

 

     Сохранность того или иного вида в сообществе основана на постоянной борьбе жизни и смерти. Популяция вида жизнестойка, если существует равномерный поток особей, протекающий через все возрастные классы данной популяции от рождения до биологической старости. Если смертность будет превышать численность приходящих на смену старым молодых видов, популяция деградирует; если количество молодых видов будет превышать смертность – популяция будет распространяться и вытеснять другие виды.

     Во  всех организмах заложена потенция размножения, выражающаяся геометрической прогрессией, графическим изображением которой является показательная кривая (экспонента).

     Устойчивость  биосферы основана на постоянной экспансии живого вещества, борьбе за существование и вытекающем из нее естественном отборе, охватывающем не только отдельные организмы, но и целые популяции, сообщества, а в конечном счете биогеоценотический покров всей Земли. При ухудшении биотических и абиотических условий среды в популяции могут сохраниться только те особи, которые генетически лучше приспособлены к суровому природному окружению. Иными словами, начинает действовать классический механизм естественного отбора по Дарвину.

     Неограниченный экспоненциальный рост популяции подобен взрыву, он приводит к истощению и полному разрушению ресурсов среды. В основе существования любой популяции лежит конфликт между свойственной организму тенденцией увеличивать свою численность и разнообразными ограничениями, которые препятствуют такому увеличению. Если система не получает постоянной подпитки необходимыми ресурсами извне, устойчивое состояние может быть достигнуто только при условии равных значений рождаемости и смертности особей.

     Существуют  приспособления, благодаря которым потери популяции сокращаются, когда ее численность и ресурсы среды входят в конфликт. Например, как только вид становится редким, хищничество по отношению к нему может уменьшиться. Хищники могут просто забыть способ поиска подобных жертв и не считать u1080 их пищей. Многие организмы (растения, членистоногие и др.) переносят неблагоприятный период в форме покоящихся диаспор. Последние могут оставаться в почве до тех пор, пока условия среды не станут благоприятными, тогда из них вновь появляются и размножаются активные особи. Так пустынные эфемеры в виде семян переживают неблагоприятные сезоны или, если это потребуется, даже периоды неблагоприятных лет.

 

     ЖИЗНЕННЫЕ СТРАТЕГИИ

 

     К механизмам устойчивости сообществ  относится также и то, что популяции представлены видами с различной жизненной стратегией, т. е. с особыми приспособлениями, обеспечивающими им возможность обитать совместно с другими организмами и занимать определенную экологическую нишу в соответствующем биоценозе.

     Л.Г. Раменский первым предложил различать среди видов, образующих растительные сообщества три фитоценотипа: 1) виоленты –“львы” – сильные конкуренты, способные захватывать место и удерживать его за собой благодаря энергии жизнедеятельности и полноте использования среды; 2) патиенты –“верблюды” – виды, способные довольствоваться незначительным количеством ресурсов и быть устойчивыми к суровым условиям среды; 3) эксплеренты – “шакалы” – слабые конкуренты, способные временами взрывообразно резко повышать свое участие в ценозах, но доминирующие непродолжительное время.

     Американские  экологи выделяют два типа жизненных  стратегий. K-стратеги - это крупные многолетние организмы, обладающие сложной организацией и высокой специализацией, требующие устойчивых условий существования; их жизненная энергия расходуется главным образом на прирост биомассы, а не на размножение. По классификации Раменского это по преимуществу “львы”. r- стратеги, напротив, организмы с непродолжительным периодом жизни, они предпочитают нестабильные местообитания и характеризуются высокой репродуктивной способностью. По классификации Раменского это “шакалы”.

     Высокая специализация К-стратегов делает их менее конкурентоспособными в быстро меняющихся кризисных ситуациях. Наблюдается устойчивая тенденция замещения К-стратегов (деревьев, образующих лесную растительность) формациями травянистой растительности – преимущественно r-стратегами.

     Весь  ход эволюции на протяжении кайнозоя, когда благодатный теплый и влажный климат сменялся в умеренных широтах холодным и сухим, а в тропических широтах жарким и сухим, шел по пути замены крупных многолетних жизненных форм на мелкие малолетние и однолетние: “львы“ уступали место “шакалам”.

     Когда говорят о важности проблемы сохранения биоразнообразия, обычно имеют ввиду  влияние последнего на устойчивость биосферы, полагая, что чем выше показатель разнообразия, тем устойчивее сообщества. На самом деле сложность биотических взаимоотношений скорее является причиной уязвимости сообществ. Зачастую, заботясь о сохранении биоразнообразия, людям приходится помогать “львам” выживать в конкурентной борьбе с “шакалами”.

     Может статься, что сохранение биоразнообразия  проблема скорее этическая, чем решающая задачи охраны биосферы в более широком аспекте.

 

     РЕАЛИЗАЦИЯ  ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НИШ

 

     Экологическая ниша – основной структурный элемент биогеоценоза. Каждая видовая популяция в сообществе реализует определенную экологическую нишу, границы которой контролируются условиями среды во времени, пространстве и в градиентах абиогенных факторов. Отсюда следует, что новый вид не может образоваться, если нет свободной ниши или если образующийся вид не может ее “отобрать” у какого-нибудь другого вида, участвующего в экосистеме. Вхождение новых видов в экосистему осуществляется главным образом путем открытия новых ниш, что создает тенденцию к структурному усложнению биогеоценоза, которое можно отождествить с морфологическим прогрессом организмов.

     Все многообразие связей, которые используются при создании экологических ниш может, может быть сведено к четырем фундаментальным типам: 1) трофические (по питанию), 2) топические (по местоположению), 3) форические (по переносу, например, между растением и его опылителем), 4) фабрические (по материалу, используемому животными для обустройства гнезд, укрытий и т.п.).

     Эта система является исчерпывающей и позволяет описать любые типы взаимоотношений между экологическими нишами.

     Экологические ниши выступают в качестве наиболее дробных подразделений местообитания  всего сообщества.

     Функциональную  структуру сообщества, образованную сочетанием экологических ниш, можно уподобить генотипу организма, в котором записана программа, управляющая развитием системы. Экологические ниши, связанные с отдельным деревом (липой), по А. Г. Воронову:

     I – ниша корней: 1 – микориза, 2 – личинка хруща потребителя корней;

     II – ниша ствола: 3 – жук-короед;

     III – ниша листьев и цветов: 4 – гусеница шелкопряда, питающаяся листвой дерева, 5 – жук- листоед, 6 – пчела опылитель цветов;

     IV – ниша ветвей: 7 – гнездо дрозда, свитое на ветви липы;

     V – ниша опушек: 8 – олени потребители веточного корма;

     VI – ниша припочвенного слоя: 9 – лесная мышь потребитель семян липы

     в целом.

     Пока  набор ниш воспроизводится постоянно, структура сообщества сохраняется  в прежнем виде. Изменение этого  набора означает отклонение от прежней нормы развития системы. Если это изменение фиксируется и впоследствии стабильно воспроизводится, можно говорить о переходе системы в новое состояние.

     Следует выразить сомнение по поводу гипотезы о том, что стабильность сообщества – это результат наличия большого числа экологических ниш и взаимно приспособленных друг к другу видов.

     Представление о том, что сложность ведет  к стабильности более привлекательно, чем верно. На самом деле увеличение числа видов и сложности взаимоотношений, скорее, является причиной уязвимости сообществ. Этот эффект особенно ярко проявляется при антропогенном воздействии на древние сложные по составу и структуре сообщества, например, дождевых тропических лесов или коралловых рифов. Сложные сообщества оказываются более уязвимыми в условиях, когда их среда резко нарушается; они могут развиваться только в стабильных условиях.

 

     Заключение

 

     К началу 21 века мир подошел к серьезному кризису. Биосферных причин кризис не имеет – ресурсы биосферы и  Земли в целом могут обеспечить дальнейший прогресс и процветания. Тем не менее, темпы научно-технического прогресса замедлились, активизировались многие негативные социальные процессы. Распад СССР явился лишь первым шагом развития деструктивных процессов в обществе. Основа их – исчерпание социальных ресурсов и наработанных обществом решений по взаимоотношению между людьми, между природой и обществом. Для преодоления кризисных явлений есть один путь – трансформация общества на принципах формируемого учения о ноосфере. Одним из направлений ноосферного развития автору статьи видится инвентаризация скрытых биосферно-ноосферных решений, хранящихся в неком глобальном депозитарии. Любое из решений, любая редкая биологическая и социальная конструкция могут быть размножены в кратчайший срок по экспоненциальному закону.

     Подведем  итоги. Одна из основ устойчивости биосферы - наличие резервов и запасных решений  в отношении любой задачи, которые  ставит перед живыми организмами  природная среда. Резервы и запасные ходы имеют место на всех уровнях  организации от молекулярного до биосферного. Совокупность этих запасных решений предлагается назвать "биосферным депозитом". Биосферный депозит – совокупность редких (скрытых) биологических систем и решений, практически не влияющих на структуру и функционирование в данное конкретное время, но при определенных условиях могущих быть востребованными и быстро размноженными по экспоненциальному закону.

 

Резюме

 

     Одна  из основ устойчивости биосферы - наличие  резервов и запасных решений в  отношении любой задачи, которые ставит перед живыми организмами природная среда. Резервы и запасные ходы имеют место на всех уровнях организации от молекулярного до биосферного. Совокупность этих запасных решений предлагается назвать "биосферным депозитом". Биосферный депозит – совокупность редких (скрытых) биологических систем и решений, практически не влияющих на структуру и функционирование биосферы в данное конкретное время, но при определенных условиях могущих быть востребованными и быстро размноженными по экспоненциальному закону.

     На  генном уровне депозитом являются рецессивные  мутации и спящие гены. На уровне организмов депозитом можно считать  совокупность редких для данного  вида адаптивных решений. На уровне экологических  систем под депозитом можно понимать скрытые виды, численность которых достаточна для самоподдержания, но недостаточна для устойчивой регистрации методами полевой экологии. Предлагаемая гипотеза состоит в следующем. Когда произошел исторический переход от биосферы к ноосфере, и соответственно, от биологической к социальной форме движения материи, эволюция отрабатывала запасной вариант – переход к психофизической сфере. Последние решения оказались эволюционно неперспективными, и перешли в состояние биосферного депозита. На уровне физиологических решений этот депозит дает себя знать в виде “таинственных явлений человеческой психики”. На уровне биологического разнообразия он проявляется в виде редких сообщений о “снежном человеке”.