Как и почему!?

Несмотря на внешнюю стабильность, экосистемы подвержены постоянным изменениям, связанным с изменениями экологических условий. Они вынуждены постоянно приспосабливаться к окружающей среде.

Под экологической сукцессией понимают последовательные направленные стадии изменений, происходящих в биоценозе вслед за сменой условий окружающей среды.

Сукцессию можно проследить на примере заброшенного поля. В первый год на нем поселяются новые особи и составляют пионерные сообщества однолетних растений; за ними следуют многолетние травянистые растения. Через несколько лет появляются кустарники, а затем деревья. По прошествии нескольких десятилетий эволюции биоценоз обогащается более высокими и более долгоживущими видами, составляющими открытое лесное сообщество, которое в средних широтах постепенно трансформируется в лес. Лесу требуется одно-два столетия, чтобы достичь стадии окончательного развития, состояния равновесия с окружающей средой — климакса, при котором достигается максимум биологического разнообразия и аккумуляции живого вещества.

Охраняемые территории в дикой природе, флора и фауна, которые находились под защитой, существовали еще в античное время. Это были так называемые священные леса. Концепция охраняемых территорий вновь стала актуальной в XIX веке и нашла свое историческое подтверждение при создании Йеллоус-тонского национального парка в США в 1872 году. Этот парк был, в частности, создан для защиты последних бизонов, которые находились под угрозой исчезновения.

В 1914 году в Швеции был создан первый национальный парк континентальной Европы, следующий открылся только в 1963 году, но Франции — национальный парк Вануаз.

Основные виды охраняемых территорий. Охраняемые территории весьма разнообразны. Они отличаются как площадью, так и эффективностью сохранения местообитаний и видов.

Международный союз по охране природы и ее ресурсов разработал для Организации Объединенных Наций международные стандарты этих территорий, разделив их на шесть категорий: природные интегральные заповедники, национальные парки, национальные памятники природы и еще три типа так называемых специализированных заповедников: управляемые природные заповедники, охраняемые ландшафтные зоны и заповедники, оборудованные для многоцелевого использования (площади управления природными ресурсами).

ЮНЕСКО, в свою очередь, учредил два типа охраняемых территорий: биосферные заповедники и места мирового наследия. В 1998 году Международный союз по охране природы и ресурсов утвердил список из 12 754 охраняемых территорий по всему миру, совокупной площадью 1320 миллионов гектаров.

Природные заповедники и им подобные. Общие природные заповедники (категория I по классификации ООН), целью создания которых являются научные исследования, обеспечивают наиболее строгую охрану природы. Доступ публики туда запрещен.

Национальные парки (категория II), как правило, расположены на относительно обширной территории, включающей слабо нарушенные или совсем не измененные человеком экосистемы, представляющие исключительный научный, образовательный и эстетический интерес. Туризм там допускается при условии, что он не мешает охране экосистем.

Национальные памятники природы (категории III) похожи на предыдущие, но располагают меньшей площадью и представляют, кроме того, культурную и часто историческую ценность.

Управляемые природные заповедники (категория IV) — заповедники специального назначения (например, в них разрешена охота).

Наземные или морские охраняемые ландшафты (категория V), такие как французские региональные природные парки, защищают очень разнообразные, в основном заселенные зоны.

Заповедники многоцелевого назначения (категория VI) предоставляют минимальный уровень охраны. Развитие промышленности там запрещено, но использование диких видов разрешается при условии, что они находятся в стабильном состоянии.

Территории, охраняемые ЮНЕСКО. Биосферные заповедники представляют собой охраняемые территории многоцелевого назначения, одной из наиболее ярких особенностей которых является зональность. Они включают как минимум три концентрические природоохранные зоны, расширяющиеся от центра к периферии, что способствует более правильной организации работ.

Места мирового наследия охватывают территории, имеющие исключительное значение для всего населения планеты, они включают особо примечательные экосистемы, обозначенные Конвенцией ЮНЕСКО по охране культурного и природного мирового наследия.

Дифференциация биологического разнообразия не распределена равномерно на весь геологический период. Периоды эволюционного изобилия сменялись периодами массового исчезновения. Среди последних пять имели размер катаклизмов; последнее, произошедшее в конце мезозоя, 65 миллионов лет назад, ознаменовалось исчезновением динозавров.

Современный период отмечен новым массовым исчезновением видов, на этот раз не природного характера, а вследствие деятельности человека. Начало его приурочено к концу палеолита. Сегодня мы имеем доказательства, что в ходе последнего периода оледенения именно охотники каменного века истребили мамонта и несут полную ответственность за исчезновение большой части крупной четвертичной фауны.

Исчезновение в Новое время. На протяжении последних веков скорость исчезновения сильно возросла. Так, дикая лошадь и зубр исчезли в Евразии в XVII веке. В США в XIX веке вымерли многие виды позвоночных и едва не исчезли бизоны. Их насчитывалось не более 360 голов в 1872 году, по сравнению с 30 миллионами менее века назад.

В том же XIX веке в Южной Африке исчезли зебра куагга и различные виды антилоп, среди которых синяя лошадиная антилопа. Островная фауна подвергалась еще более сильному воздействию, о чем свидетельствует исчезновение дронтов, крупных голубей, обитавших на островах Реюньон, Маврикий и Родригес.

Самой крупной потерей XX века стало уничтожение дождевых тропических лесов. По прогнозам, к 2050 году прекратят свое существование еще десятки тысяч видов растений и миллионы видов беспозвоночных, обитающих в этих экосистемах.

Предотвращение исчезновения видов, находящихся в опасности, — задачи, для решения которых необходима целая система мероприятий, затрагивающих как сохранение популяций, так и их местообитаний. При установке очередности оказания помощи предпочтение отдается видам, которые находятся под угрозой исчезновения на всей области своего распространения, а также тем, которые относятся к семействам или родам, состоящим из одного вида.

В то же время предотвратить исчезновение находящихся в опасности видов нельзя не прибегая к стратегии охраны ex situ (в ботанических и зоологических садах) и in situ, т. е. в национальных парках и заповедниках.

Сохранение in situ. Сохранение видов, находящихся под угрозой исчезновения, вне их исходного местообитания рождает риск появления генетических отклонений. Особенности приспособлений видов не могут быть полностью сохранены, если они обитают в условиях, в которых хотя бы в малой степени проявляется влияние отбора. Вот почему необходимо сохранять виды, находящиеся под угрозой, in situ, т. е. в их родной экосистеме, объявив значительную часть ее площади заповедником.

Реинтродукция. Исчезновение все большего числа видов растений и животных из мест их происхождения заставляет натуралистов вновь интродуцироватъ их в географические зоны, из которых они исчезли. Так, олень Давида, исчезнувший в Китае в начале XX века, был спасен путем сохранения ex situ в зоологических садах и затем реинтродуцирован в естественную среду обитания. С 1950 года во всем мире было проведено более тысячи успешных мероприятий по реинтродукции.

Взаимодействие на всех уровнях — от индивидов до сообществ определяется различными факторами: конкуренцией, хищничеством, паразитизмом, мутуализмом.

Конкуренция. Выделяют внутривидовую конкуренцию, т. е. конкуренцию между представителями одной популяции, и межвидовую, т. е. ту, при которой конкурируют представители разных видов. Первая играет роль в борьбе за питание и жизненное пространство. У животных она выражается в разделе к территории: индивидуум или пара индивидов владеют определенной площадью экосистемы, которую они защищают от других индивидов той же популяции.

Межвидовая конкуренция — это отношения между представителями разных видов, которые имеют сходные экологические потребности и сосуществуют в одном и том же биоценозе. Так, разные виды морских птиц могут гнездиться вместе, но пищевые диапазоны их нищ будут разными и между ними не будет никакой конкуренции за пищу.

Хищничество. Часть животных является плотоядными, хищниками. Они играют важную роль в экологическом равновесии. Они никоим образом не заинтересованы в том, чтобы их жертв становилось меньше, ведь тогда им грозит голод.

Мало того, хищник непроизвольно уничтожает в первую очередь слишком обильные молодые особи или старые и больные, ограничивая таким образом риск эпидемий. Хищник, который кажется нам негативным агентом, выполняет также и позитивную функцию: он регулирует численность своих жертв.

Паразитизм и болезни. Паразитизм — это взаимодействие, при котором индивидуум одного вида живет за счет представителя другого вида. Различают эктопаразитов и эндопаразитов. Первые живут, прикрепляясь к своему хозяину снаружи, многие из них, такие как вши или блохи, кровососы. Вторые, внутренние паразиты, живут в крови или внутренних органах. И те и другие могут оказывать очень сильное влияние на своего «хозяина», вплоть до смерти.

В целом смертность от паразитов и от болезней в популяции тем выше, чем меньшее количество времени эта популяция была подвержена возбудителю болезни. Так, вирусное заболевание миксоматоз, распространяющееся среди кроликов через укусы москитов или блох, вызывает 99,9% смертности во вновь зараженной популяции. Напротив, в зонах, где эта болезнь является хронической, смертность находится в пределах 10%.

Мутуализм. В отличие от паразитизма мутуализм представляет позитивное взаимодействие, при котором оба вида от совместной жизни получают выгоду. Речь идет о симбиозе, в котором связь между двумя видами стала настолько тесной, что они не могут жить отдельно друг от друга.

Наиболее наглядным примером является симбиоз в лишайниках, в которых грибы, представляющие таллом, настолько тесно связаны с водорослями, что они образуют новые специфические виды.

В отличие от симбиоза комменсализм — пограничное между мутуализмом и паразитизмом взаимодействие. Здесь вид сожительствует с популяцией или особью другого вида, от которой он зависит в жилье и питании. Комменсализм часто встречается у социальных насекомых. Например, среди муравьедов или осоедов встречается большое число комменсалов, которые пользуются отбросами деятельности колонии, отчего эта последняя имеет безусловную выгоду.

В биосфере сегодня насчитывается около 10 миллионов видов живых существ, большая часть которых еще не исследована.

И все это исключительное биологическое разнообразие, результат эволюции в течение нескольких миллиардов лет, поставлено под угрозу человеком, ответственным за постоянное истребление представителей всех существующих видов.

Главные причины исчезновения — это чрезмерная эксплуатация флоры и фауны и в еще большей степени разрушение местообитаний вследствие сведения лесов, перевыпаса, осушения земель в гумидных зонах, интродукции чужеродных видов.

Еще одна серьезная причина исчезновения видов — расчленение местообитаний, приводящее к разрушению экосистем. Остаточные, изолированные друг от друга популяции видов, количество особей в которых уменьшено, становятся гораздо более уязвимыми для хищников, болезней и других факторов, приводящих к вымиранию, потому они не могут существовать в течение долгого времени.

Разрушение флоры и фауны. Важным фактором уменьшения численности и последующего исчезновения очень многих видов животных является нерегулируемая охота.

Эта тенденция усугубляется и расширяющейся международной торговлей живыми видами. Развитые страны импортируют животных и растения и без того находящиеся под угрозой исчезновения. Один из самых показательных примеров — незаконная торговля слоновой костью, которая ставит под угрозу существование африканского слона, популяция которого, составлявшая около 3 миллионов особей в 1960 году, сократилась сегодня до 400 000.

Подобным же образом в настоящее время многие редкие виды растений находятся под угрозой исчезновения в результате чрезмерного их изъятия из различных типов экосистем для экспорта (например, орхидеи, кактусы).

К уменьшению числа видов рыб, представляющих экономический интерес, а также охраняемых видов (дельфинов, морских черепах, альбатросов), которых ловят без разбора, приводит рыболовство в океане с помощью все более и более изощренных средств, таких как дрейфующие сети.

Совокупность популяций всех экологически и систематически близких видов, которые существуют совместно в пределах одной экосистемы, называется биоценозом. Любое сообщество можно разделить на серию популяций, которые составляют его подмножества. Например, говорят о популяции деревьев в лесу в Фонтенбло или о популяции копытных африканской саванны.

Экологическую нишу можно определить как место и специализацию вида внутри биоценоза. Ниша обладает комплексом параметров, которые характеризуют экологические потребности (климатические, питания, воспроизводства и т. д.) вида и отличают его от всех других видов того же биоценоза.

Не следует путать экологическую нишу и местообитание. Местообитание — это конкретное место, где встречается вид, его «адрес». Ниша представляет функцию вида в экосистеме, в каком-то смысле его «профессию», связанную с жизнеобеспечением.

Нередко в одном и том же местообитании встречаются разные виды. Детальное изучение их биологии показывает, что они всегда занимают разные экологические ниши.

Под этим термином понимают структурное и функциональное разнообразие жизненных форм, населяющих биосферу.

Существуют различные масштабы биоразнообразия, от особи до биосферы в целом. Не следует путать биологическое и видовое разнообразие. Видовое разнообразие — это общее количество видов, населяющих экосистему или любую другую экологическую единицу. Понятие биоразнообразия включает одновременно и количество видов в сообществе, и их относительное обилие, в соответствии с чем они делятся на редкие или многочисленные. Биоразнообразие в биосфере распределяется неравномерно. Внутри некоторых биомов существуют зоны с очень большим богатством видов, их называют «центрами биоразнообразия». Они особенно характерны для тропических лесов. Чрезмерно используя флору и фауну, загрязняя экосистемы, человек становится ответственным за исчезновение многих видов. Сохранение биоразнообразия является одной из самых серьезных проблем окружающей среды.

Под термином «популяция» понимают комплекс особей, принадлежащих к одному виду и проживающих в одном биотопе, которые свободно обмениваются генами в процессе воспроизводства. Между ними не существует никакого генетического барьера.

Возрастная структура популяции. Популяция обладает определенным набором характеристик (уровень рождаемости или роста, возрастная структура, соотношение полов и т. д.).

Возрастная структура популяции зависит от соотношения возраста составляющих ее индивидов и обусловлена рождаемостью и смертностью. Эту структуру определяют путем составления статистических таблиц выживаемости, в которых за определенные периоды времени фиксируется количество особей различного возраста, от рождения до смерти последнего представителя. Чаще всего графическую возрастную структуру представляют в виде пирамиды. Ее строят из прямоугольников, ширина которых постоянна и представляет определенный интервал возраста (например, год), а длина пропорциональна численности класса соответствующего возраста.

По соотношению величин рождаемости (N) и смертности (М) выделяют три основные типа возрастных пирамид. Первый — это увеличивающаяся популяция (N > М), где преобладают молодые особи; второй — это стабильная популяция (N = М), где количество индивидов в каждом возрастном классе одинаково; а третий — вымирающая популяция (N < М), где преобладают старые особи.

Закон роста популяций. Естественной тенденцией развития каждой популяции является увеличение ее численности при благоприятных условиях окружающей среды. Степень роста популяции зависит от соотношения рождаемости и смертности. Существует два типа закономерности демографического роста в зависимости от того, имеются или нет лимитирующие факторы. Если лимитирующие факторы отсутствуют, население растет по экспоненте. При наличии лимитирующих факторов, регулирующих численность природных популяций, кривая, отражающая прирост, имеет вид синусоиды: в начальной стадии скорость прироста популяции увеличивается максимально, затем замедляется и наконец сходит на нет. Численность популяции стремится к величине, называемой «предел возможности среды», по мере того, как увеличиваются экологические ограничения из-за нехватки природных ресурсов.

Колебания численности популяций. Численность природных популяций никогда не бывает постоянной, она значительно колеблется во времени.

Выделяют стабильные популяции, численность которых мало изменяется с течением времени, и циклические, численность которых увеличивается или уменьшается. Большинство видов как растений, так и животных имеет регулярные циклические вариации численности с периодом в один год. В некоторых случаях цикл отличается большей продолжительностью и составляет несколько лет: 4 года для леммингов северной тундры, 10 лет для рыси и зайца-беляка канадского севера, около 50 лет для некоторых видов бабочек, чьи гусеницы питаются листвой в лесах Центральной Европы. Существуют и так называемые циклические апериодические виды, к ним относятся виды-колонизаторы: они очень быстро размножаются один или два раза за столетие. Расширяющиеся популяции соответствуют в основном видам, завезенным человеком, как, например, заяц в Австралии. Уменьшающиеся популяции, которых становится все больше и больше, соответствуют видам, находящимся под угрозой исчезновения из-за влияния человека на биоразнообразие.

Экологические факторы — это все физико-химические или биологические параметры среды обитания, которые прямо воздействуют на живые организмы и контролируют развитие биологической единицы от особи до экосистемы в целом. Различают несколько видов факторов:

- абиотические, которые включают климатические (освещенность, температура, осадки, влажность, ветер, снег и т. д.), эда-фические (механический состав и структура почвы, минеральные соли в почве), топографические, гидрологические (течения, рН воды, содержание растворенного кислорода, содержание нитратов и т. д.);

- трофические (факторы питания, которые разделяются на две группы: факторы питания растений (только минеральные, абиотические) и факторы, связанные с питанием животных (органические, т. е. биотического происхождения);

- биотические факторы, одни из которых благоприятны для позитивного взаимодействия между индивидами и популяциями (комменсализм, мутуализм и симбиоз), а другие неблагоприятны и приводят к негативным взаимодействиям (межвидовая и внутривидовая конкуренция, хищничество, паразитизм и болезни).