Многообразие живых организмов как основа организации и устойчивости биосферы

Австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831–1914 гг.) в своем фундаментальном труде “Лик Земли” ввел понятие земных оболочек — сфер.

Атмосфера, гидросфера и литосфера — это оболочки планеты, состоящие из веществ соответственно в газообразном, жидком и твердом состоянии. Сферы проникают друг в друга, и четкие границы между ними провести можно весьма условно.

Давая названия оболочкам земного шара, Э. Зюсс предложил термин “биосфера” для геологии. Он считал биосферу той областью, где проявляется “органическая жизнь”.

Биосфера, по мнению ученого, представляет собой “сплошной покров из живого вещества”, в котором концентрирована огромная химическая энергия, являющаяся порождением солнечной.

В трудах русского естествоиспытателя В. В. Докучаева (1846–1903 гг.) были изложены основы представлений о “живой” оболочке планеты. Он высказал новые взгляды на почвы. К числу почвообразователей ученый относил грунт, климат, растительные и животные организмы, рельеф местности и время.

Создателем современного учения о биосфере стал ученик Докучаева В. И. Вернадский. В своей книге “Биосфера” он писал: “Биосфера не есть только так называемая область жизни”.

По Вернадскому, вещество биосферы “состоит из глубоко разнообразных частей”: собственно живого вещества, биогенного (т. е. созданного или преобразованного организмами), косного (образованного геологическими процессами), радиоактивного, вещества космического происхождения.

Биосфера является понятием планетарным, а не относящимся лишь к фауне и флоре. Это “строго организованная, определенная оболочка земной коры, неразрывно связанная с жизнью”. Она необратимо изменяется под действием различных факторов, в первую очередь под влиянием организмов, их прошлой и настоящей жизнедеятельности.

Биосфера отличается от прочих земных оболочек, так как является комплексной. Она не только “покров из живого вещества”, но и среда обитания миллионов видов живых организмов.

Еще на заре развития человеческой культуры людей поражала не только целесообразность строения отдельных живых существ, но и тот “порядок”, который существует в живой природе в целом.

Уже в древнейших восточных источниках и особенно в трудах античных философов можно найти много интересных мыслей о взаимосвязи между животными и растениями, о единстве и целостности органического мира и его закономерном взаимодействии с органической природой.

При всем многообразии органический мир — не что-то разрозненное и хаотичное. Напротив, он представляет собой единое целое. Все виды животных и растений представляют собой различные формы существования живой материи.

Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных систем и др.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции.

Одним из выражений такой близости служит, например, сходство химического состава растительного пигмента хлорофилла с животными кровяными пигментами — гемоцианинами, обеспечивающими дыхание. Химически близки ферменты растений и животных, и одинакова общая роль белков и нуклеиновых кислот.

У всех животных, от простейших до человекообразных, основные ферменты сходны. Есть и много других признаков удивительной биохимической общности всех частей органического мира.

В то же время имеются и специфические особенности биохимизма, отличающие животных от растений, бактерии от вирусов, даже одну разновидность от другой.

В результате объединения отдельных видов сложной системы — биоценозов — образуется единая структура органического мира; она обладает высокой степенью слаженности, чем и объясняется ее устойчивость. Но эти связи одновременно и противоречивы, что определяется характером отношений каждого вида со средой.

Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации энергии.

Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий среды в той или иной части биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биоценоз — пространственно ограниченную часть биосферы — не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных к совместному обитанию.

Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценозы, тем выше их устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются.

Процесс закономерного изменения биоценоза называется сукцессией. Сукцессия — это последовательная смена сообществ организмов (биоценозов, фитоценозов, биогеоценозов и т. п.)

другими на определенном участке среды. При естественном течении сукцессия заканчивается формированием устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для вселения. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

Объединение разнородных индивидуумов в популяции, а различных популяций — в виды создает много преимуществ в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида со средой, поскольку здесь возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности.

Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное значение для успеха его борьбы за существование.

В каждый биоценоз, где бы он не находился, входят растения, питающиеся ими растительноядные животные, хищники и паразиты, живущие за счет растительноядных животных, и, наконец, микроорганизмы, минерализующие трупы животных и растений.

Такие сообщества представляют собой целые системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмен веществ приспособлен друг к другу, и одни виды используют продукты метаболизма других видов или их самих в качестве пищи.

В биоценозах на основе взаимодействия составляющих их видов возникают новые формы отношений живых существ с неживой природой.

Энергия в разных формах связывает все организмы на Земле друг с другом и со средой их обитания. Почти вся энергия, за счет которой существует биосфера, поступает на Землю в виде солнечного излучения.

Дополнительные источники, незначительные для биосферы в целом, но важные для некоторых организмов, — это внутреннее тепло Земли и притяжение Луны.

Порция солнечной энергии, поступающая в виде света, связывается фототрофами, т. е. организмами, способными в процессе фотосинтеза преобразовывать световую энергию в энергию химических связей сложных органических веществ.

Фотосинтез в течение по крайней мере 2,3 млрд лет является основой всей жизни на Земле. В результате фотосинтеза не только создается пища для всех животных, грибов и множества бактерий, использующих готовые органические вещества, но и выделяется в атмосферу кислород, необходимый для жизни большинства организмов.

Помимо энергии всем организмам необходимы определенные вещества, в частности, углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Эти шесть элементов необходимы всем живым существам в больших количествах. Все организмы нуждаются также в металлах — калии, кальции, железе и магнии.

Все эти элементы совершают в биосфере круговорот, переходя из одних организмов в другие. Если какого-либо элемента организму не хватает, то он перестает расти и размножаться, несмотря на то, что все остальные необходимые элементы могут при этом присутствовать в достаточном количестве.

Все это незаменимые ресурсы, т. е. каждый из них необходим для жизни. В то же время биосфера Земли является ресурсом для жизни живых организмов. Например, разнообразные виды микробов (хемогетеротрофы, фотоавтотрофы и др.) в результате жизнедеятельности вырабатывают углекислый газ, необходимый для жизни всех существ.

Морские моллюски-гастроподы при жизни представляют собой пищевой ресурс для хищников, а их пустые раковины при разрушении выделяют кальций — пищевой ресурс для кораллов.

Бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), микроскопические грибы, простейшие играют ведущую роль в жизни биосферы. Не будь микроорганизмов, круговорот веществ на планете не мог бы осуществляться. Условия, в которых ныне существуют высшие формы жизни (растения, животные), созданы микроорганизмами, прежде всего бактериями.

Мир бактерий разнообразен. Есть сообщества микроорганизмов, образующих даже горные породы, — строматолитов. Древнейшие микробные сообщества, к которым относятся и строматолиты, создали ту биохимическую “машину” планеты, в которую затем встраивались растения и животные. Именно они создали первую на Земле пленку органического вещества и обогатили атмосферу кислородом.

Возникшие значительно позже растения и животные в свою очередь создали для бактерий новые экологические ниши. Так, особые микробные сообщества складываются в почве, прилегающей к корням растений.

Или, например, некогда проглоченные с частицами органического вещества бактерии в ходе эволюции образовали сообщества в пищеварительном тракте не только млекопитающих, но и беспозвоночных. Таким образом за миллионы лет выросло разнообразие форм микроорганизмов.

Всюду на Земле можно встретить разнообразные формы жизни — от невидимых вирусов и бактерий до громадных китов и гигантских деревьев. В результате роста разнообразия живых организмов шли укрепление устойчивости биосферы, ее развитие и усовершенствование. Это создавало предпосылки к эволюционному развитию видов и сохранению энергии и ресурсов.

В ходе естественного отбора в биоценозе неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Формирование биоценозов имеет существенную сторону: “соревнование за место под солнцем” между различными биоценозами.

В этом “соревновании” сохраняются лишь те биоценозы, которые характеризуются наиболее полным “разделением труда” между своими членами, а следовательно, более богатыми внутренними биотическими связями.

Таким образом, устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяются тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы: газов, атмосферы, минеральных солей, воды и т. д.

Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее следующие уровни жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих уровней обладает относительной независимостью, и только это обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы.

Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды обитания и жизни отдельных видов создают предпосылки для морфологического процесса, важным элементом которого является совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы.

Сохранились лишь те виды организмов, которые в ходе борьбы за существование стали оставлять потомство, несмотря на внутренние перестройки биосферы и изменчивость космических и геологических факторов.

Основной рост разнообразия произошел за счет значительного расширения экологического пространства и совершенствования экосистемы. Хищники становились все мощнее и проворнее. В ответ на усиление хищников появились защитные приспособления (панцири, шипы и т. д.).

Для борьбы с хищниками и невзгодами природа наделила организмы увеличением потомства. Чем плодовитее вид, тем больше вероятность его выживания. Разнообразие живых организмов, от микроскопических бактерий до гигантских животных, вымирание одних с заменой на другие характеризуют устойчивость биосферы Земли.

Биологическое разнообразие животных увеличивается от полюсов к экватору и достигает своего пика в тропиках.

Велико биологическое разнообразие в морях и океанах. Наиболее населены прибрежные воды. А отдельные виды червей, моллюсков и рыб живут даже на дне океанских впадин, где глубина более 10 км.

Жизнь существует даже около скважин на океаническом дне, откуда постоянно выбрасываются насыщенные солями жгучие растворы с температурой 300–450 °С.
Отдельные виды губок и моллюсков выживают в нескольких сантиметрах от этих скважин.

Обладая разной толщиной, “пленка жизни” не прерывается нигде. По мнению некоторых ученых, время существования вида в среднем составляет 660 тыс. лет. Однако акулы и головоногие моллюски, почти не меняясь, живут как виды уже многие миллионы лет.

В истории Земли были катастрофы, когда биоразнообразие резко сокращалось за короткие в геологическом масштабе сроки как на суше, так и в океане.

Многие виды исчезали, земная кора опускалась или поднималась, менялись уровень моря, климат. Виды погибали, не приспособившись к новым условиям, но они сменялись новыми, более приспособленными.

Биосфера проявила свою устойчивость и способность развиваться, несмотря на серьезные изменения в облике Земли (например ледниковые периоды).

Именно благодаря многообразию живых организмов, их способности выживать, приспосабливаться к изменяющимся условиям, размножаться биосфера Земли, хотя и изменяется, но не теряет своей устойчивости.

В. И. Вернадский в труде “Научная мысль как планетарное явление” писал: “Жизнь на Земле существует потому, что на Земле существует жизнь! Новые и новые поколения организмов сменяли друг друга.

Они пользовались тем, что создали предшественники, и в свою очередь преобразовали Землю для потомков”. Согласно концепции биосферы Вернадского вся известная по геологическим отложениям история Земли содержит следы деятельности живых организмов.

Появившийся на Земле около 74 тыс. лет назад новый вид — “человекразумный” — Вернадский рассматривал как естественную часть биосферы, а деятельность его — как важнейший геологический фактор. С появлением человека на биосферу Земли стало оказываться все возрастающее воздействие.

За время своего существования человек окультурил и стал выращивать около 2,5 тыс. видов цветковых растений, одомашнил 25 видов животных и птиц и вывел от них много новых пород. Развивая цивилизацию, человек сводит леса, распахивает степи, осушает болота, переселяет и пересаживает в новые места животных и растения.

Такое вмешательство в природу нарушает равновесие и в конечном итоге сокращает биологическое равновесие и разнообразие. За два последних десятилетия ХХ в. площадь лесов сократилась на 200 млн га. При таких темпах трудно даже учесть, сколько гибнет животных и растений.

Потери в биологическом разнообразии начиная с 1600 г. следующие: за 400 лет исчезли 83 вида млекопитающих, 113 видов птиц, 21 вид рептилий, 23 вида рыб и 384 вида высших растений.

Если естественное вымирание животных в последние 100 млн лет приводило к исчезновению в среднем одного вида за каждое тысячелетие, то с 1600 г. один вид исчезал каждые 10 лет! А в конце ХХ в. планета теряла один вид позвоночных животных ежегодно.

В настоящее время под угрозой исчезновения находится почти 20 тыс. видов растений, 1355 видов рептилий, 924 вида птиц и 414 видов млекопитающих.

Исчезновение видов живых организмов нарушает тонкий баланс природы, который складывался миллионы лет. Обедневшие экологические системы (леса, луга, озера и т. д.) становятся неустойчивыми и подвергаются разрушению при любом изменении внешних условий.

Все это создает угрозу устойчивости биосферы, способствует ее разрушению, так как от исчезновения одного вида тянется скрытая цепочка последствий, подчас опасных не только для природы, но и для человечества.

Поэтому биологическое разнообразие планеты нуждается в охране. Для этого во всех странах мира создаются заповедники, заказники, национальные парки. Они находятся под охраной государства и закона. Только в России существуют 204 особо охранемые природные территории.

Охрана природы должна быть повсеместной. На территории заповедников и национальных парков запрещена любая хозяйственная деятельность, охота. Однако надо не только расширять сеть заповедников, но одновременно добиваться, чтобы было меньше отходов, загрязняющих Землю.

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) была подписана Конвенция ООН о биологическом и ландшафтном разнообразии. В ней выражена решимость общими усилиями сохранять и поддерживать богатство и разнообразие всего живого.

Всемирный фонд дикой природы собирает пожертвования частных лиц и организаций на финансирование научных исследований, направленных на сохранение биологического разнообразия на Земле.

Фонд ежегодно собирает и тратит более 270 млн долларов на поддержание существующих заповедников, создание новых, на борьбу с незаконной торговлей дикими животными, на сохранение исчезающих и редких животных.

Многообразие живых организмов — основа устойчивости биосферы. Биосфера, являясь целостной, согласованно функционирующей системой, имеет пределы своей устойчивости, и проблема изучения стабильности и устойчивого развития биосферы является одной из фундаментальных.

При выходе за эти пределы система проходит через цепь бифуркаций, скачкообразно меняет свои свойства и может прекратить свое существование.

До интенсивного развития техносферы за последние 50 лет антропогенные воздействия не достигали этих пределов. Однако в настоящее время планетарная сила человеческой деятельности достигла большого могущества.

И если “наступление на природу” будет продолжаться всевозрастающими темпами, то в недалеком будущем может произойти переход биосферы за пределы устойчивости.

Индикаторами приближения биосферы к границе неустойчивости являются загрязнения окружающей среды, потепление климата, утоньшение озонового слоя, уменьшение биоразнообразия, необратимое изменение связей в биогеоценозах и т. д.

Любые живые особи представляют собой сложнейшие типы коррелированности на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном уровнях. Главной особенностью жизни является то, что в силу сложности корреляций любой конкретный тип коррелированности в биоте всегда неустойчив и непременно распадается с течением времени.

Сохранение этой коррелированности живых особей возможно только в рамках популяции этих особей, причем необходимым условием сохранения природы в целом является разнообразие (многообразные экосистемы), а устойчивости популяций — наличие конкурентно взаимодействующих особей. Коррелированность различныхвидов в сообществахобеспечивает биотическую регуляцию.

Естественная биота не использует невозобновляемых ресурсов для поддержания своего существования. Это следует из постоянства запасов органического и неорганического углерода в биосфере, а современное энергопотребление человеческого общества на 90% основано на невозобновляемых ресурсах; тем самым нарушается устойчивость природных систем и происходит их загрязнение.

Каждый живой организм адаптирован к своей экологической нише, в которой он может устойчиво существовать и развиваться.

В этом смысле биосферу можно рассматривать как экологическую нишу устойчивого существования и развития цивилизованного человека в условиях НТР только при сохранении естественной биоты на больших территориях Земли и сокращении общего энергопотребления и оптимизации роста населения.

В связи с проблемой устойчивости экосистем возникла необходимость разработки концепции устойчивого развития.

Принятие этой концепции должно было стимулировать разработку общей стратегии развития человеческого общества на базе экологически целесообразного природопользования, сохранения благоприятного для людей состояния окружающей среды, обеспечивающего приемлемое качество жизни для нынешнего и последующих поколений людей. Эту концепцию можно рассматривать в конечном итоге как переход общества к ноосфере.

Заключая настоящий параграф, следует еще раз подчеркнуть, что человечество живет не только за счет ресурсов современной биосферы, но и за счет эксплуатации природных ресурсов. Железные и марганцевые руды Кривого Рога, Урала — продукт деятельности железобактерий.

Самородная сера — результат деятельности серобактерий. Почвы — продукт сложного взаимодействия живой и косной материи. Эксплуатация этих ресурсов началась в железном веке, но в полной мере развернулась со времен “промышленной революции” ХVII–ХVIII вв., а в ХХ в. темпы ее все возрастают.

Существующая в настоящее время идеология “общества потребления” губительна для биосферы, для составляющих ее экосистем, для сохранения видового и экосистемного биоразнообразия, для вида Homo sapiens, выживание которого зависит в первую очередь от устойчивости биосферы, а она зависит от сохранения биоразнообразия.

Каждый из видов, населяющих нашу планету, — результат многомиллионолетней эволюции, носитель неповторимых генетических особенностей.

Мы обязаны сохранить и передать потомкам то биологическое разнообразие, которое существует на Земле. Это биоразнообразие — следствие неповторимости эволюционных путей, приведших к формированию каждого вида.

То принципиально новое, что внес наш век в понимание проблемы органического многообразия, сводится к следующему: сохранение биоразнообразия — непременное условие существования на Земле человека.

Постепенно не только натуралисты, но и ученые других специальностей, широкие массы людей начинают понимать, что удивительное разнообразие форм жизни — это не просто результат приспособления каждого вида к конкретным условиям среды (абиотической и, главное, биотической), но и важнейший механизм обеспечения устойчивости всей биосферы, состоящей из множества биогеоценозов, иными словами — механизм обеспечения стабильности жизни на Земле.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)