Биологическое разнообразие как основа существования биосферы

Понятие биологического разнообразия. Современное представление о биологическом разнообразии. Современные исследования в области биоразнообразия

Биологическое разнообразие — разнообразие жизни во всех её проявлениях, а также показатель сложности биологической системы, разнокачественности её компонентов. Вопросам изучения, использования и сохранения биоразнообразия стало уделяться большое внимание после подписания многими государствами Конвенции о биологическом разнообразии(Конференция ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де Жанейро, 1992).

Впервые словосочетание «биологическое разнообразие» применил Г. Бэйтс (1892) в работе «Натуралист на Амазонке», который за время часовой экскурсии наблюдал около 700 видов бабочек.

В широкий научный обиход понятие “биоразнообразие” вошло в 1972 году на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. Через двадцать лет, в 1992, году в Рио-де-Жанейро во время Конференции ООН по окружающей среде и развитию была принята Конвенция о биологическом разнообразии, которую подписали более 180 стран, в том числе и Россия.

Современное представление о биологическом разнообразии.

Современные представления о проблеме биологического разнообразия базируются на исследованиях попупяционных генетиков 1908-1953 гг., показавших, как создается генетическое разнообразие организмов во внешне однородной популяции, и разработавших математический аппарат для его объективного описания.

Биоразнообразие в последнее время стало одним из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных связях. Доказано, что необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень природного разнообразия на нашей планете. Биологическое разнообразие рассматривается как основной параметр, дающий представления о состоянии надорганизменных систем. В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия выступает в качестве основы экологической политики государства, стремящегося сохранить свои биологические ресурсы, чтобы обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Явление разнообразия живых организмов определяется свойствами биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, — их способностью к спонтанным изменениям структуры, что приводит к трансформации геномов, к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе разнообразие создается в результате трех независимо действующих процессов: спонтанно возникающих генетических вариаций (мутаций), действия естественного отбора в смешанных популяциях, географической и репродуктивной изоляции. Данные процессы, в свою очередь, ведут к дальнейшей таксономической и экологической дифференциации на всех последующих уровнях биологических экосистем: видовом, ценотическом и экосистемном.

Термин «биологическое разнообразие» используется активно не менее полувека. За это время много сделано для понимания самого процесса и разработки методов его измерения. Одним из существенных достижений здесь является расширение наших представлений о видовом разнообразии жизни на Земле. Если сейчас валидно описано 1,75 млн видов растений животных, микроорганизмов, то, по мнению ведущих специалистов-систематиков, их реальное число достигает не менее 10-35 млн, в том числе 1 млн видов микроорганизмов, 1 млн видов нематод, 10 млн видов насекомых и около 10 млн видов грибов. Особенно плохо изучены влажные тропики, где, как полагают, описан только один из 20 обитающих видов, особенно среди насекомых, грибов, а также почвенной фауны. При всей неполноте наших знаний нельзя не отметить, что в XX столетии число таксонов животных и растений увеличено по меньшей мере в 500 раз по сравнению с концом XIX в.

Современные исследования в области биоразнообразия.

Актуальными направлениями исследований являются изучение и сохранение, мониторинг и охрана биологического биоразнообразия, сохранение и восстановление редких и находящихся под угрозой исчезновения видов, анализ эффективности природоохранной деятельности.

В современных исследованиях с помощью анатомического метода проводится углубленный анализ механизма адаптации растений к экстремальным условиям среды. Сегодня этой важнейшей проблеме посвящены работы Е.С. Чавчавадзе и О.Ю. Сизоненко, которые с помощью анатомического метода выявили комплексы структурных признаков древесины у многочисленных представителей арктической флоры.

Источник

Биологическое разнообразие, как основа стабильности биосферы

Биологическое разнообразие включает в себя все существующие на Земле виды растений, животных и микроорганизмов. Оно также охватывает и всю совокупность природных экосистем, которые слагаются этими видами. Таким образом, под биоразнообразием можно понимать разнообразие организмов и их природных сочетаний.

Существует три основных типа биоразнообразия:

■ генетическое разнообразие, отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

■ видовое разнообразие, отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов). В настоящее время описано около 1,7 млн. видов, хотя их общее число, по некоторым оценкам, составляет до 50 млн.;

■ разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разнообразие экосистем не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу — от биоценоза до биосферы.

Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны между собой: генетическое разнообразие обеспечивает разнообразие видов. Разнообразие экосистем и ландшафтов создает условия для образования новых видов. Повышение видового разнообразия увеличивает общий генетический потенциал живых организмов Биосферы. Каждый вид вносит свой вклад в разнообразие — с этой точки зрения не существует бесполезных и вредных видов.

Биоразнообразие характеризует процесс реальной эволюции, который идет на многих уровнях организации живого. По оценкам ученых, общее число видов живых существ составляет от 5 до 30 млн. Из них в настоящее время описано не более 1,5 млн. Количество известных ученым видов живых организмов колеблется по подсчетам разных ученых и научных организаций. В качестве примера можно привести количество описанных видов живых организмов по мнению специалистов ЮНЕП – программы ООН по окружающей человека среде (табл. 6).

Разнообразие доминирует среди насекомых и высших растений из живущих видов всех организмов, зарегистрированных к настоящему времени, но обширные множества видов остается неоткрытыми среди бактерий, грибов и других малоизученных групп. Общее количество организмов всех жизненных форм колеблется между 10 и 100 миллионами видов.

Таблица 6. Расчетное количество описанных видов на 2000 год

Водоросли и простейшие

Всего описанных видов

Возможное количество, включая неизвестные виды

Источник: UNEP-WCMC 2000

О полезных свойствах большинства организмов мы знаем очень немного. В активе человечества, например, всего около 150 видов культурных растений, которые находят широкое применение, а из 265 тыс. видов всех растительных организмов только 5 тыс.видов когда-либо возделывались человеком. В еще меньшей мере учитывается разнообразие микроорганизмов и грибов. Между тем в настоящее время насчитывается около 65 тыс. видов грибов. А много ли мы их используем?

Разнообразие живой природы является основным индикатором влияния человеческой деятельности на живое окружение. С началом развития промысла крупных млекопитающих и птиц, а затем с возникновением земледелия человек вторгся в естественные, созданные природой замкнутые циклы. В каждом таком цикле любой вид живых организмов выполняет свою роль и все они находятся в неразрывной связи. Стараясь изменить природные условия, человек вступил в конфликт с силами естественной саморегуляции. Одним из результатов такого конфликта явилось снижение биологического разнообразия природных экосистем. В настоящее время число видов на Земле стремительно уменьшается. Ежедневно исчезает от 1 до 10 видов животных и еженедельно — 1 вид растений. Гибель одного вида растений ведет к уничтожению примерно 30 видов мелких животных (прежде всего насекомых и круглых червей — нематод), связанных с ним в процессе питания. Есть угроза, что в ближайшие 20-30 лет мы потеряем около 1 млн. видов. Это будет серьезным ударом по целостности и стабильности нашего природного окружения.

Распределение видов по поверхности планеты неравномерно. Разнообразие видов в естественных средах обитания максимально в тропической зоне и уменьшается с увеличением широты. Самые богатые видовым разнообразием экосистемы — дождевые тропические леса, которые занимают около 7 % поверхности планеты и содержат более чем 90 % всех видов. Коралловые рифы и средиземноморские экосистемы также имеют высокое видовое разнообразие.

Живые организмы ответственны за осуществление широкого спектра экологических функций, поддерживающих экологическое равновесие в природе, таких как регулирование газового состава атмосферы, защита прибрежных зон, регулирование гидрологического цикла и климата, формирование и сохранение плодородия почв, рассеивание и разложение отходов, опыление многих культур и абсорбирование загрязнителей.

Здоровье и благосостояние человека напрямую за висит от биоразнообразия. Например, 10 из 25 наиболее продаваемых в 1997 году в мире лекарств были из влечены из природных компонентов. Общая годовая рыночная стоимость фармацевтических препаратов, полученных из генетических источников, оценивается в 75 000–150 000 млн. долл. США. Примерно 75 процентов населения Земли использует для лечения сред ства народной медицины, напрямую получаемые из природных компонентов.

Биоразнообразие обеспечивает генетическими ресурсами сельское хозяйство и, таким образом, составляет биологическую базу для всемирной продовольственной безопасности и является необходимым средством существования человечества. Ряд дикорастущих растений, родственных сельскохозяйственным культурам, имеет очень большое значение для экономики на национальном и глобальном уровнях. Например, эфиопские сорта калифорнийского ячменя обеспечивают защиту от болезнетворных вирусных организмов, в денежном выражении составляющую 160 млн. долл. США в год. Генетическая устойчивость к заболеваниям, достигаемая с помощью диких сортов пшеницы, в Турции оценивается в 50 млн. долл.

Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд человечества (пища, материалы, лекарства и др.), этический и эстетический аспекты (жизнь самоценна) и т.д. Однако главная причина сохранения биоразнообразия состоит в том, что оно выполняет ведущую роль в обеспечении устойчивости экосистем и Биосферы в целом (поглощение загрязнений, стабилизация климата, обеспечение пригодных для жизни условий). Биоразнообразие выполняет регулирующую функцию в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Каждый вид, каким бы незначительным он не казался, вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только “родной” локальной экосистемы, но и Биосферы в целом.

По мере усиления антропогенного воздействия на природу, приводящего в конечном итоге к обеднению биологического разнообразия, изучение организации конкретных сообществ и экосистем, а также анализ изменения их разнообразия, становится насущной необходимостью.

Источник

5. Биологическое разнообразие как основа развития и существования биосферы. Теория биотической регуляции. Теория биотического насоса.

Биологическое разнообразие как основа развития и существования биосферы.

1.Биологическое разнообразие обеспечивает основные функции биосферы:

– производство органического вещества;

– деструкцию органического вещества;

– ход биогеохимических круговоротов веществ и потоков энергии.

2. Биологическое разнообразие позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы среды. Каждый из имеющихся в настоящее время видов приспособлен для наиболее эффективного функционирования в определенных экологических условиях – собственной экологической нише. При этом полночленные многовидовые сообщества способны использовать ресурсы среды максимально полно и с наименьшей напряженностью конкурентных отношений.

3. Наличие биологического разнообразия обеспечивает непрерывность живого покрова Земли, «всюдность жизни», по выражению В.И. Вернадского: в разных климатических зонах функционируют разные типы экосистем, в разных средах биосферы (водной, наземной, почве) обитают определенные, приспособленные к ним виды организмов. Даже в пределах одного вида имеется разнообразие аллелей, генотипов, географических рас, популяций, приспособленных к конкретным условиям.

4. Биологическое разнообразие обеспечивает непрерывность жизни во времени. В разные исторические эпохи на Земле происходили и происходят изменения условий среды обитания, но среди организмов всегда находились формы, способные к существованию в новых условиях – преадаптированные к ним, в то время как другие организмы, не имевшие таких приспособлений, вымирали.

5. Биологическое разнообразие обеспечивает биосферный гомеостаз: каждый вид в экосистеме находится под регулирующим влиянием других видов, которые препятствуют его избыточному размножению, что нанесло бы вред экосистеме. В бедных по видовому составу сообществах часто про-исходят вспышки численности отдельных популяций, что действует на эко-системы разрушающе.

При попытках снизить биологическое разнообразие экосистем, ограничив его одним или несколькими видами, как это делает человек в искусственных экосистемах – агроценозах, эффективность использования ими ре-сурсов среды снижается настолько, что они не могут существовать самостоятельно, без внесения человеком дополнительной энергии.

6. Биологическое разнообразие обеспечивает функцию развития экосистем в ходе экологических сукцессии, восстановление сообществ после повреждений. В ходе сукцессии идет постепенное замещение одних видов другими, более эффективными в изменившихся условиях. Завершают сукцессию, как правило, особые (климаксные) виды, лучше адаптированные к стабильным условиям и насыщенной среде. Но виды, свойственные ранним стадиям, не вытесняются полностью, а образуют с видами зрелого сообщества динамические равновесные системы. При изменении условий среды или действии на экосистемы внешних стрессовых факторов наличие видов, характерных для разных стадий сукцессии, позволяет экосистемам быстрее «залечивать» повреждения.

Таким образом, наличие биологического разнообразия на всех уровнях организации живого является условием устойчивого функционирования биосферы.

Теория биотической регуляции.

Профессор биофизики из Санкт-Петербурга В.Г. Горшков начиная с 1970 г. разрабатывает теорию биотической регуляции и стабилизации окружающей среды.

Согласно первой концепции — традиционной — окружающая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой окружающей среде благодаря главному свойству жизни — способности к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся условиям среды. При этом любые виды организмов, способные адаптироваться к окружаюшей среде и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту.Согласно традиционной концепции изменение окружающей среды под воздействием человека — это определенный этап естественного эволюционного процесса — превращения биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие — генетический ресурс человека, который следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных банках. При этом безостановочный экономический рост возможен лишь за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы.

По мнению В. В. Горшкова и др. в традиционной концепции практически игнорируются экологические ограничения на численность популяций биологических видов (в том числе человека), а также причины образования естественных сообществ и их среды обитания.Во второй концепции основная роль отводится биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна.

Пригодная для жизни человека окружающая среда создается и устойчиво поддерживается в оптимальном состоянии естественными, не нарушенными человеком экологическими сообществами живых организмов (биотой). Естественная биота компенсирует любые нарушения окружающей среды, не превосходящей порога разрушения самой биоты.

Главным достижением этой теории является определение критерия, который можно обозначить как предел устойчивости экосферы по отношению к антропогенным воздействиям (экологическая техноемкость).

Теория биотического насоса.

Теория биотического насоса (ТБН, теория лесного насоса) — научная теория, описывающая физический механизм процесса регуляции лесами круговорота воды. Согласно данной теории, биотический лесной насос поддерживает устойчивость климата суши и океанов в оптимальном для всей биосферной жизни состоянии. Он регулирует величину сезонных осадков и облачность над океаном и сушей в требуемых для всего многообразия жизни пределах.

Основные принципы работы биотического насоса атмосферной влаги.

Сущность работы биотического насоса атмосферной влаги состоит в том, что естественный лес закачивает влажный воздух с океана, увеличивая осадки до уровня, при котором гравитационный речной сток с оптимально увлажненной почвы компенсируется на любом расстоянии от океана.

Биотический насос атмосферной влаги

Водяной пар, испарившийся с поверхностей листьев, конденсируется в холодных верхних слоях атмосферы. Из-за этого воздух над лесом разрежается, его давление падает. Это создает восходящие потоки воздуха над лесом, засасывающие влагу с океана и приносящие его на сушу. Когда водяной пар конденсируется в капли (молекулы водяного пара исчезают из атмосферного воздуха, переходя в жидкую фазу), давление падает. Конденсация водяного пара приводит к понижению давления и появлению горизонтального подсоса. Конденсация больше там, где больше испарение. А оно больше там, где растет лес. У леса огромная поверхность — много листьев, и влаги там испаряется больше, чем с поверхности океана. Если суша покрыта лесом, она обеспечивает постоянную зону пониженного давления и действует как насос, тянущий на себя атмосферную влагу с океана. Воздух в приземном слое распространяется из области с меньшим испарением в область с большим испарением.

Источник