Биосферный цикл фосфора

В то время как резервуаром азота является воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии. Большая часть фосфора при этом снова теряется, так как вода смывает его в море, где он связан в морских осадках и может стать доступным только тогда, когда здесь произойдёт поднятие земной коры. В мелководных морских осадках фосфор доступен для рыб, которых в свою очередь поедают птицы. Они возвращают фосфор в круговорот со своими экскрементами (гуано), снова смываемыми в море, где их используют планктонные организмы и рыбы. Есть основания полагать, что фосфор возвращается в круговорот не полностью и что доступные ресурсы его, в конце концов, иссякнут. Истощению этих ресурсов способствует человек, который добывает и, в конечном счете, безвозвратно теряет больше фосфора, чем возвращает в оборот.

Фосфор является одним из важнейших биогенов. Он входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. Цикл фосфора - пример простого осадочного цикла с весьма несовершенной регуляцией. Особенностью цикла фосфора является отсутствие естественных токсичных его соединений. Главным резервуаром фосфора служат горные породы. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфат-иона. Фосфаты растворимы в кислых растворах и в бескислородных средах, нелетучи. Растения поглощают фосфат-ионы из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. В них фосфор выступает в форме органического фосфата. Особенностью этих соединений является наличие связи Р-О-Р. При их гидролизе освобождается большое количество энергии.

Например, при гидролизе подобной молекулы - пирофосфата выделяется 29 кДж/моль, что значительно больше, чем, если бы гидролизу подверглась любая другая молекула, не содержащая Р-О-Р - связей. По пищевым цепям фосфор поступает от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями.

Особенность круговорота фосфора можно рассмотреть при сравнении с круговоротом углерода. Значительная часть фонда углерода находится в газообразной фазе, и он способен свободно распространяться в атмосфере. В случае фосфора газовой фазы и свободного перераспределения в экосистеме нет. Попадая в закрытые водоемы, фосфор насыщает и пересыщает систему. Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в системе в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах подобное равновесие соблюдается. Это касается и чисто минеральной формы фосфора.

Деятельность человека приводит к нарушению естественного цикла фосфора. Она характеризуется разделением мест потребления и утилизации биогена, в частности, фосфора. Урожай, вместе с извлеченными из почвы биогенами, различные продукты питания, перевозятся на большие расстояния к потребителям. Продукты жизнедеятельности человека, содержащие фосфор, сбрасываются в водоемы и, пересыщая их этим биогеном, вызывают эвтрофикацию. Важнейшим источником накопления фосфора в окружающей среде являются фосфатсодержащие детергенты. Подсчитано, что человеческие экскременты дают только 30% фосфата сточных вод, а 60% поступают в них с детергентами.

7.2.3. Биохимические функции живого вещества

Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:

1. Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.

2. Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.

Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.

Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.

Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:

1. Газовые функции

2. Концентрационные функции

3. Окислительно-восстановительные функции

4. Биохимические функции

5. Биогеохимические функции

Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере[66].

7.2.4. Биогенная миграция атомов

и биогеохимические принципы

Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского гласит - «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории»[67].

3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.

Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:

1. Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.

2. Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов[68].

Низшие организмы - не какой-то случайный пережиток прошлого, они - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.

Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные[69].

Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии[70].

Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.

Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.

2. Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.

В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени. В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом. В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы[71].

7.3. Экологическая структура биосферы

Биосфера: многокомпонентная иерархическая система. Устойчивость видов. Биосфера – гигантский «суперорганизм». ô Прокариоты и эукариоты. Бактерии, вирусы и сине-зелёные водоросли. ô Растения. Грибы. животные

Оставляя для размножения те или иные особи и, следовательно, их генотипы, естественный отбор сохраняет способы интеграции внешней информации, то есть конкретные фенотипы. Особь - основной субстрат жизни, в котором накапливается наследственная информация, исторический опыт. Особь - это в первую очередь лаборатория новообразований. Популяция - первичная ячейка действия естественного отбора. Биогеоценоз - первичная ячейка эволюции. В нём содержатся все основные компоненты биотического круговорота. Биосфера - многокомпонентная саморегулирующаяся система, сохраняющая относительную устойчивость и способность прогрессивно развиваться. Новое появляется в особи, а его конечная судьба и значение определяются положением вида в биосфере.

Биосфера - многокомпонентная иерархическая

система

Понимание структуры биологического разнообразия и его динамики непосредственно связано с сосуществованием видов - как друг с другом, так и с человеком. Говоря о биологическом разнообразии можно поставить два основных научных вопроса:

1. Почему на Земле существует так много разных видов, или, иначе, как это разнообразие возникло?

2. Каким образом разные виды сосуществуют друг с другом, и почему в одних местах обитает много видов, а в других - мало?

Первый вопрос связан с происхождением видов и изучается в генетике, молекулярной и эволюционной биологии. Но в данном контексте наиболее важен второй вопрос, поскольку виды всё быстрее теряют способность сосуществовать друг с другом и, прежде всего с человеком. Потеря способности к сосуществованию ведёт к вымиранию видов, как в локальном, так и в глобальном масштабе. Если вымирание носит глобальный характер, то восстановить его нельзя никакой ценой.

Сохранение биологического разнообразия зависит от выживаемости видов, которая в свою очередь обеспечивается двумя факторами:

1. Достаточно большой численностью особей, что позволяет хотя бы некоторым представителям вида пережить возможные катастрофы.

2. Поддержание высокой плодовитости, что даёт популяции возможность быстро восстанавливаться между катастрофами.

За последние сто лет биологическое разнообразие флоры и фауны нашей планеты значительно сократилось. Это объясняется целым рядом причин, и в первую очередь активным воздействием человека на природную среду. Такие воздействия выражаются в урбанизации, которая угрожает естественным местам обитания диких животных и растений, в беспощадном сведении лесов, в постоянном освоении всё новых и новых пахотных и пастбищных земель. Так называемая «зелёная» революция лишь ускорила процесс генетической эрозии, поскольку земледельцы перестали возделывать многие традиционные культуры, ограничившись небольшим числом новых «чудодейственных» сортов.

Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и пока что расшифрована лишь в общих чертах. В целом биосфера очень похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз — динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики (теории управления), в каждом биоценозе, то есть совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая «лишнюю» биомассу. За травоядными пристально «следят» хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников являются хищники второго рода и паразиты, которыми «руководят» сверхпаразиты, и т. д.

Поэтому на Земле существует много видов животных. Среди них нет «лишних» или «вредных» - такие эпитеты дает им человек. Особенностью биосферных связей есть и то, что управляющая и управляемая подсистемы в ней часто меняются местами. Так, уменьшение количества растительного корма вызывает снижение численности хищников и паразитов через механизм обратной связи.

Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются (большей частью автоматически) и учитываются живыми организмами. Способность воспринимать, сохранять и передавать информацию есть и у безжизненных объектов. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным.

Примером информационных связей в биосфере может быть явление снижения интенсивности размножения животных в случае чрезмерной плотности популяции. Не всегда это обусловлено недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что уменьшение потомства у млекопитающих или снижения яйценоскости у птиц происходит вследствие «перенаселения» территории.

Здесь действуют именно информационные связи, то есть включаются какие-то внутренние механизмы, которые приводят к уменьшению количества «лишних» особей. Эффективность информационных связей в биосфере поражает. Например, самец мотылька тутового шелкопряда ощущает присутствие самки на расстоянии 2 км.

Расчеты свидетельствуют, что такой феномен не может базироваться на химических сигналах, скажем, на действии каких-то ароматных веществ-антрактантов, которые выделяет самка. Вероятно, имеет место передача электромагнитных сигналов. Возможно, именно загрязнением информационной среды, которое вызвано деятельность человека, следует объяснять загадочные случаи массового «самоубийства» китов, которые выбрасываются на сушу. Ведь пространство вокруг Земли ныне перенасыщено искусственными антропогенными источниками электромагнитного излучения.

Прокариоты и эукариоты. Бактерии.

Вирусы и сине-зелёные водоросли

Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делятся на две большие группы - прокариоты и эукариоты. К первым относятся бактерии и сине-зелёные водоросли, к эукариотам - зелёные растения (в том числе все остальные водоросли), грибы, слизевики и животные. Первые эукариоты появились около 3 млрд. лет назад. Они, по-видимому, произошли от прокариот. Клетки прокариот не имеют оформленного ядра. То есть генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружён ядерной мембраной. У эукариот имеется настоящее ядро. У них генетический материал окружён двойной мембраной (ядерной оболочкой) и образует клеточную структуру, которую очень легко узнать.

Бактерии - это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки в среднем составляет 1 мкм. Размеры клеток варьируют в пределах от 1 до 10 мкм. Бактерии - одноклеточные организмы, их можно разглядеть только под микроскопом. Поэтому их называют микробами или микроорганизмами. Изучением бактерий занимается бактериология - одна из дисциплин микробиологии. К микробиологии относится также вирусология и микология (изучение грибов). Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: они живут в почве, пыли, воде, воздухе, на внешних покровах животных и растений и внутри организма. Численность бактерий трудно оценить, например, в 1г плодородной почвы может находиться до 100 млн. бактерий. Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе[72].

Вирусы - это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют примерно от 20 до 300 нм. В среднем они раз в 50 меньше бактерий. По химической природе - это нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты, связанные с белками). Если живой считать структуру, которая обладает генетическим материалом (ДНК или РНК) и которая способна воспроизводить себя, то вирусы относятся к живым существам. Если же живой считать структуру, обладающую клеточным строением, то вирусы следует отнести к неживому веществу. Вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки-хозяина. Они на границе живого и неживого. Обычно вирусы вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки хозяина, они «выключают» хозяйскую ДНК и, используя собственную ДНК или РНК, дают команду клетке синтезировать новые копии вируса. Наиболее правдоподобной и приемлемой является гипотеза о том, что вирусы произошли из «беглой» нуклеиновой кислоты, которая приобрела способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла. Таким образом, вирусы, вероятно, произошли от клеточных организмов, и их не следует рассматривать как предшественников этих организмов[73].

Сине-зелёные водоросли, включающие около 2500 видов, относятся, по-видимому, к наиболее примитивным из всех существующих хлорофиллсодержащих растений. Древнейшие из найденных до настоящего времени ископаемых растений были, очевидно, сине-зелёными водорослями. Хлорофилл сине-зелёных водорослей не сосредоточен в хлоропластах, а разбросан в виде мелких зёрен по цитоплазме. Они встречаются в пресной воде прудов и луж. Если их много они окрашивают воду и придают ей неприятный вкус и запах. Другие виды обитают в горячих ключах или в океане. Определённый вид этих водорослей, накапливаясь в Красном море, окрашивает воду в красный цвет.

7.3.3. Растения. Грибы. Животные

Жизнь зародилась в океане, отсюда следует, что наземные растения и животные произошли от морских предков. Водные растения могут обходиться без многих специализированных образований, имеющихся у наземных растений. Окружающая вода снабжает их пищей, предохраняет клетки от высыхания, поддерживает тело растения на поверхности, служит подходящей средой для распространения гамет при половом размножении и для распространения спор при бесполом. Завоевание суши было длительным и трудным процессом. Истинно наземными формами стали растения, которые смогли выжить в новых условиях благодаря развитию ряда специализированных органов:

· Находящихся на воздухе листьев, которые поглощают свет и осуществляют фотосинтез.

· Расположенных в почве корней, служащих для закрепления растений и поглощения воды и солей; стеблей, которые поддерживают листья в положении, наиболее благоприятном для поглощения солнечных лучей, и осуществляют связь между листьями и корнями, создавая возможность для передвижения питательных веществ вверх и вниз.

· Репродуктивных органов - цветков, в которых мужские и женские гаметы могут сливаться в отсутствие водной среды, и зигота может начать развиваться, будучи защищена от высыхания.

Грибы - это одна из самых больших и процветающих групп организмов; к ней относятся около 80000 описанных видов. Размеры грибов колеблются от одноклеточных дрожжей до больших «поганок», дождевиков и зловонных рожков. Грибы занимают самые разные местообитания, как в воде, так и на суше. Кроме того, грибы имеют большое значение в связи с той ролью, которую они играют в биосфере и используются людьми для медицинских и хозяйственных целей. К грибам относятся бесчисленные плесени, растущие на сыром органическом материале, одноклеточные дрожжи, появляющиеся на сахаристой поверхности спелых фруктов и многие паразиты растений и животных. Изучением грибов занимается микология.

Животные - это существа, которые дышат кислородом. Чтобы выжить, они должны поедать растения или других животных. Животные существуют на Земле уже 700 миллионов лет. Первыми животными были крошечные одноклеточные организмы. Сегодня же на Земле существует более миллиона видов животных. Ученые подразделили их на родственные группы. Вот основные группы животных:

1. Млекопитающие. Например, летучие мыши, киты, кошки, кенгуру и люди. Многие крупные животные принадлежат к этой группе.

2. Рептилии (пресмыкающиеся): змеи, ящерицы, черепахи и крокодилы. Около 250 миллионов лет назад на Земле господствовали динозавры, которые тоже относятся к рептилиям.

3. Амфибии (земноводные) приспособлены для жизни, как на земле, так и в воде. В эту группу входят: лягушки, жабы, тритоны и саламандры.

4. Рыбы - это огромная группа животных, обитающих в воде. В нее входят такие непохожие на рыб существа, как акулы, морские коньки и угри.

5. К группе птиц относятся как летающие, так и нелетающие птицы. Они распространены по всему земному шару.

6. Насекомые - самая крупная и многочисленная группа животных на Земле. К ней относятся муравьи, жуки, пчелы, бабочки, блохи и мухи. В отличие от шестиногих насекомых, у всех паукообразных - восемь ног. К паукообразным относятся скорпионы, сенокосцы, клещи и пауки.

Животные питаются различной пищей - это зависит от их размера, строения желудка, а также доступности той или иной пищи. Животные, которые питаются растениями, называются травоядными. Животные, питающиеся и растениями и мясом, называются всеядными. Животные, употребляющие в пищу только мясо, называются плотоядными или хищниками.

Хищники способствуют оздоровлению животной популяции. Они убивают и поедают самых слабых или больных животных, а сильнейшие и здоровые остаются в живых. Они и дают начало здоровому потомству.

Животные связаны между собой пищевыми цепями. Некоторые животные, например, тли питаются растениями. Тлей поедают другие животные, которые, в свою очередь, служат пищей для более крупных животных. А вот группы наиболее просто организованных животных:

1. Кишечнополостные: медузы, кораллы, актинии.

2. Моллюски - слизни, улитки, устрицы, осьминоги.

3. Пористые - морские губки.

4. Аннелиды (кольчатые черви) - дождевые черви, пиявки.

5. Иглокожие - морские звезды, морские ежи.

7.4. Глобальное биологическое разнообразие

и подходы к его изучению

Современные представления о видовом разнообразии биосферы. Оценка количества видов. Причины видового разнообразия. ô Современные подходы к исследованию биоразнообразия. Особенности популяционного подхода. Структура экосистемного подхода.

Биологическое разнообразие характерно для всей совокупности форм земной жизни на всех её уровнях - молекулярном, клеточном, видовом, экологическом, ландшафтном. Постичь эту обширнейшую и сложнейшую проблему практически невозможно, не разделив её на более удобные для понимания элементы, с каждым из которых можно работать по отдельности. Одним из общепринятых и вполне успешных подходов является, например, видовая классификация организмов, установление на этой основе количества видов и их относительной численности.

Изучение биологического разнообразия - это изучение того, каким образом сохраняется сама жизнь на Земле, и потому оно имеет отнюдь не абстрактное, а практическое значение, так как выживание самого человека тесно связано с выживанием других организмов. Для существования всех живых организмов требуются одни и те же ресурсы: вода, необходимые элементы в почве и атмосфере, а также энергия в той или иной форме. Заботясь о себе, человек мало думает о выживании или вымирании других организмов и тем самым постепенно готовит собственную деградацию и исчезновение.

7.4.1. Современные представления о видовом

разнообразии биосферы [74]

Хотя точные данные постоянно меняются, в самом первом приближении можно считать, что учёные описали около 2 млн. видов живых существ. Более половины их приходится на представителей только одного класса животных – насекомых, около 1/5 – на высшие (сосудистые) растения, а во всех остальных вместе взятых группах растений, животных, грибов, бактерий и вирусов набирается не более 1/4 от общего числа известных науке видов. Такие пропорции в соотношении числа видов порождают целый ряд вопросов. Прежде всего, почему на планете, 2/3 которой покрыты водой, наибольшего разнообразия достигли группы организмов, обитающие почти исключительно на суше?

Впрочем, колоссальное видовое разнообразие наземных организмов определяется, по сути дела, только двумя относительно молодыми группами – насекомыми и покрытосеменными. Эволюция обеих групп происходила согласованно: насекомые были и остаются главными опылителями покрытосеменных, а покрытосеменные не только основной источник пищи для многих насекомых, но и тот физический субстрат, на котором протекает вся их жизнь.

Недавно проведённые в тропических лесах исследования показали: с большой степенью уверенности можно говорить о том, что всего наземных насекомых (членистоногих) насчитывается от 10 до 50 млн. видов.

Помимо насекомых есть и другие группы организмов, среди которых, вероятно, много новых видов. Так, всего грибов в настоящее время описано около 70 тыс. видов, но на самом деле их видимо гораздо больше и приблизительно может быть оценено в 1.5 млн. видов. Новые виды продолжают обнаруживаться даже среди млекопитающих (1988 г. Мадагаскар – новый вид лемуров; Центральная Африка – новый вид мартышек и т. д.).

Трудами многих исследователей разных стран за последние десятилетия достигнут значительный прогресс в понимании того, какие механизмы определяют возможность совместного обитания разных видов, а, следовательно, и уровень разнообразия конкретных сообществ. К примеру, оказалось, что сосуществование разных видов растений зависит не только от конкуренции за одни и те же ресурсы, но и от того, насколько гетерогенна среда их обитания. Приобретение одними организмами в процессе эволюции каких-либо преимуществ по сравнению с другими всегда требует затрат и ведёт к тому, что какие-то возможности организма утрачиваются или ослабляются.

Так, растения, побеждающие в конкурентной борьбе благодаря способности поддерживать свой рост при очень малом содержании лимитирующего элемента питания (например, азота), в условиях его обилия растут гораздо медленнее, чем другие виды, требующие для своего роста более высокого содержания этого элемента. Среди растений разных видов могут устанавливаться и взаимовыгодные отношения. Например, быстро растущие виды могут образовывать большое количество сравнительно легко разлагаемого опада и таким образом через обогащение почвы элементами минерального питания способствовать поддержанию медленно растущих конкурентов.

Очевидно, что в свете подобных явлений, открытых совсем недавно, представление о сообществе как о совокупности разных видов с чётко разделяющимися экологическими нишами уже не может удовлетворить исследователей. Виды, экологически очень близкие (занимающие практически одну и ту же нишу), нередко успешно сосуществуют, демонстрируя сходное распределение в пространстве и сходную динамику во времени.

Немалый прогресс достигнут в последнее время и благодаря изучению того, как увеличивается видовое разнообразие отдельных групп организмов в процессе их эволюции. Выяснилось, что множество новых видов может возникнуть в течение очень короткого времени. В этом процессе экологическая специализация оказывается нередко более важной, чем пространственная изоляция. Ярким и удивительным примером такого «взрывного» видообразования является существование рыб цихлид, обитающих в африканском озере Виктория. Более 300! видов цихлид возникло за примерно 10 000 лет – срок ничтожно малый даже в масштабах экологического времени. Какие механизмы обеспечили столь быстрое видообразование? Скорее всего, на первых порах ведущее значение имел половой отбор, определяемый предпочтением самок определённого окраса самцов. Но основным фактором была экологическая специализация, связанная с добыванием определённого вида корма, приведшая, прежде всего к изменению челюстного аппарата.

7.4.2. Современные подходы к исследованию

биоразнообразия [75]

Два наиболее важных аспекта современной экологии в исследовании глобального разнообразия могут быть обозначены как популяционный и экосистемный подходы.

Дата добавления: 2014-12-29