Третий  основной компонент экосистемы — изменяющаяся совокупность генотипов, которые организуют материю, используя имеющуюся энергию. Распространение этих генотипов, а иначе говоря, видов растений и животных, и вместе с ними перемещение различных веществ в пространстве и во времени обычно происходят в определенном порядке.

  Растения  поглощают около 1—5% энергии, достигшей  поверхности земли, и фиксируют  ее в процессе фотосинтеза для  образования Сахаров и других углеводов. Эти растения, называемые продуцентами (производителями), используют часть фиксированной энергии для дыхания, поскольку они должны восстанавливать и увеличивать свою клеточную массу. Все травоядные и плотоядные животные — потребители — зависят от фиксированной энергии, которая идет на удовлетворение их собственных энергетических потребностей и на образование сырьевого материала для других потребителей, в частности для человека. Это относится и к организмам — разрушителям (микроорганизмам), которые разлагают мертвые ткани и освобождают питательные вещества в такой форме, чтобы продуценты опять могли их использовать. Каждая экосистема имеет своих продуцентов, потребителей и разрушителей.

  Кроме того, все системы определенным образом  изменяются до тех пор, пока не достигнут  состояния динамического равновесия под влиянием условий среды.

  Экосистемы  имеют высокоорганизованную структуру  взаимодействия между своими компонентами, причем рискованным для динамического равновесия экосистемы может оказаться как удаление того или иного организма, так и введение нового вида.

  С годами экосистемы изменяются, изменяется их абиотическая среда, численность и виды организмов, живущих в экосистеме, пути и эффективность передачи энергии и веществ, и, если не возникает каких-либо катастрофических условий, стабильность экосистемы увеличивается. Можно предположить существование примитивных экосистем в прошлом, которые эволюционировали в более сложные, биологически более разнообразные и физически более устойчивые современные экосистемы. Какими бы характеристиками ни обладали экосистемы, все они эволюционируют в направлении более высокой стабильности, т. е. к динамическому равновесию, при котором обеспечиваются потребности всех видов в пище, убежище, удалении отходов, регуляция численности популяций и уровня заболеваемости.

  Процесс изменения экосистем называют сукцессией. Первичная сукцессия начинается в бесплодной среде, которая никогда до этого не была обитаемой. Вторичная сукцессия происходит на территории, которая была ранее заселена, но оказалась разрушенной под действием естественных сил: огня, шторма и климатического сдвига, или в результате искусственного вмешательства — обработки земли, распашки и т. д. В обоих случаях образуется простое сообщество первых организмов, которые постепенно создают условия, благоприятные для обеспечения все большего разнообразия организмов, населяющих экосистему. Сообщество, состоящее из популяций растений и животных, живущих на одной и той же территории, становится все более сложным, пока не будет достигнуто равновесие с физической средой. Такое сообщество называют климаксовым, и до тех пор, пока оно не будет нарушено, оно само поддерживает свою стабильность, будь это тропический, березово-осиновый лес или северная тундра.

  На  протяжении столетий климаксовые сообщества прогрессировали, разрушались, исчезали и вновь появлялись в зависимости от изменения климата. Если указанные процессы происходят без вмешательства человека, то их последовательность предсказуема, так как базируется на известных принципах, приведенных ранее.

  Известно, что экосистемы становились разнообразнее и накапливали химические элементы по мере эволюции наземных растений от мха до пышных лесов. Слой почвы утолщался по мере того, как у растений развивались настоящие корни (отсутствующие у самых ранних наземных растений). Увеличивалась взаимозависимость видов, например, насекомых и цветковых растений, муравьев и тли.

1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА  НА БИОСФЕРУ

  В 60-х годах XX в. в Египте вблизи города Асуана была построена высокая плотина через реку Нил. Это огромное сооружение привело к появлению одного из самых крупных искусственных озер в мире. Вода вращает гигантские турбины, которые производят миллионы киловатт электроэнергии ежегодно, и орошает 3000 га земли. Там, где раньше собирали только один урожай в год, стало возможным выращивать три и даже четыре урожая ежегодно. Плотина регулирует также значительные сезонные колебания уровня воды Нила, Увеличена навигация, промышленность получает электроэнергию, а само озеро послужило источником лова пресноводных рыб. Это положительные последствия, связанные с постройкой плотины. Но имеются и отрицательные последствия, которым не было уделено достаточного внимания.

  Одно  из таких последствий — значительное уменьшение улова сардин в водах дельты Нила. Как известно, во время ежегодного разлива Нила в высокогорных районах Эфиопии в его пойме собираются тысячи тонн богатых веществами илистых наносов, которые до строительства плотины уносились по реке в море. Эта вода не только обогащала питательными веществами берега Нила, но также и близлежащие воды Средиземного моря. Мелкие плавающие растения моря быстро росли, затем использовались в пищу беспозвоночными животными, которые, в свою очередь, становились добычей сардин. Однако с завершением строительства плотины плодородные осадки перестали достигать Средиземного моря, и поэтому популяция сардин начала сокращаться. Это сокращение составляет приблизительно 18 000 т ежегодно и дает убыток в 5 млн. долларов.

  Отсутствие  богатых питательными веществами осадков  сказывается также на плодородии полей нижней части долины Нила. Увеличилось применение синтетических удобрений (азота), что, естественно, повлекло за собой определенные расходы и частично компенсировало эту потерю, но промышленные удобрения сами по себе не в состоянии поддерживать высокий уровень азота в почве.

  Таким образом, строительство плотины  оказалось серьезным, дорогим и драматичным экспериментом, нарушившим равновесие экосистемы Нила в результате недальновидного вмешательства человека. Возникает вопрос: вносят ли люди, как другие организмы, вклад в увеличение продуктивности и стабильности биосферы или же они нарушают равновесие в результате своего вмешательства?

  Человек несет ответственность за нарушение  экосистемы, потому что уменьшает  ее способность поддерживать популяцию человека без внесения какого-либо дополнительного вклада, часто очень дорогого. Необходимо сводить к минимуму вред, наносимый экосистеме, учиться такому важному и часто дорогостоящему делу, как восстановление разрушенных или исчезнувших экосистем.

  Наряду  со значительными непосредственными  изменениями в окружающей среде  деятельность людей приводит к менее  заметным, но более стабильным и  отдаленным последствиям.

  Один  из наиболее опасных экспериментов  такого рода — широкое применение хлорсодержащих углеводородов в качестве инсектицидов. В 40-х годах XX в. эти ядовитые вещества оказались такими эффективными против мух, москитов, вшей, блох и других потенциальных возбудителей заболеваний, что их начали использовать во всем мире. Сотни тысяч тонн этих веществ вносились на площади в сотни миллионов гектаров земли в лесах и городах. При этом преследовалась только одна узкая цель — борьба с насекомыми.

  Однако  отдаленные последствия таких действий чрезвычайно серьезны. Увеличилось количество насекомых, устойчивых к пестицидам. Сами пестициды не разлагались, а концентрировались в окружающей среде и поглощались всеми видами организмов. У многих крупных организмов в тканях накапливалось большое количество пестицидов, что влияло на их приспособляемость. В результате многие естественные враги насекомых погибали, и поэтому с насекомыми некому было бороться. В отсутствие естественных врагов насекомых с вредителями можно бороться, только увеличивая количество и разнообразие пестицидов. Более того, даже те насекомые, которые ранее были безвредными, могут стать вредителями, если их численность больше не подвергается естественному контролю.

  Хуже  всего то, что человек продолжает совершать те же самые ошибки. Как  только один инсектицид становится бесполезным, его стараются заменить другим, причем в большинстве случаев следуя той же стратегии полного истребления, которая не оправдала себя раньше. Сколько же ядовитых веществ используется против насекомых? И сколько же из них, попадая в пищу, отравляют тех же самых людей, которых они должны были защищать? Многие пестициды плохо растворяются, но сравнительно легко усваиваются организмами. В результате происходит их биоаккумуляция. Этот процесс можно проиллюстрировать следующим образом. В воде содержится примерно 50 частей пестицида на триллион частей воды; микроскопический зоопланктон может аккумулировать в 1000 раз большее количество пестицидов. В креветках, питающихся зоопланктоном, концентрация ядовитого вещества в четыре раза выше; мелкая и другая рыба содержит еще большее количество токсических остатков, а ныряющие птицы, которые питаются рыбой, могут накапливать чрезвычайно высокое количество данного вещества: до 600—800 частей на миллион частей воды. По этой причине птицы размером с дрозда гибнут в огромном количестве. Кроме того, яйца, отложенные самками орлов, могут иметь такие тонкие стенки, что птенцы в них не развиваются. Биоаккумуляцией объясняется и тот факт, что лосось, пойманный в о. Мичиган, нередко содержал такое большое количество ДДТ, что признавался непригодным для пищи. Иногда непригодным по этой же причине становилось материнское молоко. В настоящее время применение ДДТ запрещено.

  В результате биоаккумуляции происходит накопление и радиоактивных изотопов некоторых метаболически важных элементов. Эти изотопы обычно существуют в природе в незначительных количествах, но их содержание в окружающей среде стало возрастать с начала «атомного века» (т. е. с 1945 г.) в результате испытания атомного оружия и развития производства ядерной энергии. Наиболее опасные изотопы для человека — иод 133, который скапливается в щитовидной железе, стронций 90, концентрирующийся в костных тканях, и цезий 137, аккумулирующийся в тканях мышц. Когда эти элементы становятся компонентами в цепи питания, то их концентрация на каждом уровне этой цепи оказывается выше, чем на предыдущем.

  Таким образом, деятельность людей все  чаще приводит к непредсказуемым цепным реакциям в окружающей среде. Человек успешно конкурирует с любыми другими организмами, например с крупными рыбами и млекопитающими, в потреблении продуктов моря. Люди проникают повсюду: в Антарктиду, джунгли, пустыни и т. д. Такое расширение зон обитания и экологической нищи неизбежно ограничило «права» других видов организмов.

  Особенно  тяжелыми были последствия такого ограничения для диких форм. Вычислено, что за каждое тысячелетие существования человека, которое насчитывает более миллиона лет, в результате его деятельности исчезал один вид организмов. Правда это только научная догадка, основанная на ископаемых данных. Но тем не менее, можно с уверенностью сказать, что скорость вымирания организмов резко повысилась. Сегодня вымирает один вид каждые пять или десять лет. 
 
 

  Исчезло более 1% известных видов млекопитающих и птиц, а более 300 видов птиц в настоящее время находятся под серьезной угрозой исчезновения.

  Люди  существенно  видоизменили окружающую среду, построив огромную сеть дорог, городов, промышленных, сельскохозяйственных   и   других   комплексов, разделяющих и  нарушающих   естественные   экосистемы, при этом мало внимания уделяя   негативным   экологическим последствиям.

  Дороги   разделяют   поверхность Земли на отдельные части и в ряде случаев нарушают целостность биогеоценоза. Леса прорезают широкие просеки, с которых удаляют верхний слой почвы и которые регулярно скашивают с целью регулирования на них роста растительности. Каждую зиму на проезжих дорогах расходуют тонны соли. А летом тротуар нагревается под действием солнечных лучей более чем до 50° С. Движение транспорта на дорогах создает шум, вибрацию, приводит к загрязнению  воздуха. Кроме того, движение автомобилей препятствует перемещению через дорогу животных.

  Строительство дорог способствует заселению тех  территорий, которые раньше были недоступны.

  Дорога, пересекающая лес, препятствует естественному движению воды, а также перемещению живых организмов. Дорога, пересекающая дренажный путь в мелководной долине, может через несколько лет превратить богатое пастбище в болото, если дорога не будет дренирована.

  Влияние дорог на состояние тех или иных компонентов окружающей среды еще не осознано полностью. Каждый год строятся тысячи километров новых дорог и появляются миллионы новых автомобилей и других видов транспорта.

  Города  характеризуются скоплением людей, зданий, дорог, научных, промышленных и культурных учреждений, транспорта. По мере роста городов уменьшается количество земли — мест обитания флоры и фауны. Концентрация отходов продуктов в городе также оказывает неблагоприятное воздействие на естественную среду, поскольку в ней резко уменьшилось количество организмов, разрушающих эти отходы. Воздух, вода, почва и даже космос становятся все более загрязненными.

  Температурные условия города и дикой местности  резко противоположны. Из-за ограниченного количества растительности, которая богата влагой и активно ее испаряет, температура в городе быстро повышается в течение дня и уменьшается ночью, если при этом отсутствует смог.

  Города  являются также центрами шумового загрязнения, что неблагоприятно сказывается на работоспособности.

  Будет ли человек продолжать игнорировать экологические факторы или нет, в конце концов ему придется платить  истинную цену за свое существование. И эта цена высока, поскольку приходится расплачиваться за 200-летний период нерадивого отношения к природе.

  Закономерности  существования естественных экосистем  могут послужить основой для организации человеческих сообществ. В процессе эволюции экосистемы достигли состояния динамического равновесия, при котором все члены экосистем находятся в равновесии друг с другом. Люди должны научиться жить в гармоническом взаимодействии с другими организмами и элементами экосистемы, иначе их эксплуатация человеком приведет к разрушению всей структуры экосистемы.

  Первый  урок касается территориального расположения в экосистеме организмов-производителей и организмов-потребителей. Образование и разложение веществ в природе осуществляется в основном локально, без распространения вширь. Дерево вырастает, используя углекислоту воздуха, минеральные элементы и воду из почвы на месте своего произрастания. Его листья не употребляются в качестве компоста где-нибудь в нескольких километрах от дерева, а опадают прямо рядом с корнями и таким образом возвращают часть питательных веществ в почву. Поэтому потеря питательных веществ в лесу очень мала.