Реферат: Механизм устойчивости биосферы

Рассмотрим движущие силы, которые поддерживают биосферу в устойчивом состоянии, – это биоразнообразие, динамика популяций, реализация разных жизненных стратегий организмов и занимаемых ими экологических ниш, сукцессии сообществ, соблюдение принципа экологической эквивалентности.

БИОРАЗНООБРАЗИЕ

Внешние оболочки Земли – литосфера, гидросфера и атмосфера обозначают наиболее существенные черты лика нашей планеты. Но там, – по словам А. Гумбольдта, – где миросозерцание стремится подняться до более возвышенной точки зрения, эта картина была бы лишена своей наиболее очаровательной прелести, если бы она не представила нам и сферу органической жизни в разных степенях ее типичного развития. Жизнь на Земле отличается огромным разнообразием как систематического состава флоры и фауны, так и сообществ живых организмов.

Конвенция ООН (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) провозгласила непреходящую ценность биологического разнообразия, отметив его большое значение для функционирования систем, поддерживающих как жизнь в биосфере, так и устойчивое развитие общества.

В процессе разработки концепции биологического разнообразия сложилось представление о базовых единицах: альфа-разнообразии – разнообразии видов; бета-разнообразии – разнообразии сообществ; гамма-разнообразии – разнообразии видов и сообществ в пределах ландшафтов.

Расхождение признаков (дивергенция) в ходе микро- и макро-эволюционных процессов определило своеобразие биот биогеографических регионов разного ранга. В ходе естественного исторического развития под влиянием физико-географических факторов складывались биомы природных зон на суше и в Мировом океане.

Общее представление о количестве видов и их распределении по основным систематическим группам дает таблица 1.

Обратим внимание на особенности соотношения числа видов растений и животных в современном органическом мире. Численность видов животных примерно в четыре раза больше числа видов растений; насекомые составляют 75% от числа видов животных. На суше растет 92% всех видов растений, и живет 93% всех видов животных.

На суше биомасса растений составляет 2400 . 109 т (99,2%); животных 20 . 109 т (0,8 %). Это соотношение отражает фундаментальный экологический закон и показывает ведущую роль растительности в организации и распределении биоценозов. Гумбольдт пишет: “Хотя характер различных местностей земного шара определяется одновременно всеми внешними явлениями, хотя очертания гор, физиономия флоры и фауны, синева неба, строение облаков и прозрачность воздуха влияют на общее впечатление, тем не менее, нельзя отрицать, что главное, определяющее это впечатление, обусловливается растительным покровом”.

Количество видов живых организмов в биосфере.

Таблица 1.

Организмы	Растения	Животные	Другие царства и подцарства
Растения: Покрытосеменные Голосеменные Водоросли	346 000 600 40 000
Животные Позвоночные Моллюски Ракообразные Паукообразные и клещи Насекомые Круглые черви	40 000 70 000 40 000 75 000 950 000 15 000
Грибы	100 500
Бактерии	4 000
Одноклеточные	40 000
Вирусы	5 000
Всего по группам	386 600	1 265 000	149 500
Всего в биосфере:	1 801 100

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;