Экология СПРАВОЧНИК

ЭКОЛОГИЯ КАК ЧАСТЬ БИОЛОГИИ.Экология (от греческого «ойкос» — дом) выделилась в самостоятельный раздел биологии во второй половине XIX века. Обосновал необходимость этого раздела биологии, дал ему название и сформулировал комплекс проблем, стоящих перед экологией, Эрнст Геккель, один из ярких последователей эволюционного учения Чарльза Дарвина, много сделавший для развития и популяризации дарвинизма. Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде». Современные определения экологии, отличаясь в деталях у разных авторов, сводятся к представлению о « биологической науке, изучающей организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы» (Биологический энциклопедический словарь, Москва, 1986 г.).

Далее

ДНК и РНК (дезоксирибо- и рибонуклеиновых кислот). Это ведет как к многочисленным нарушениям в обмене веществ, что особенно ярко проявляется в ранний период лучевой болезни пораженных радиацией людей и животных, так и к множеству отдаленных последствий, связанных с нарушениями в наследственном аппарате клеток.

Далее

К числу биотических относят все факторы взаимодействия видов живых организмов, от вирусов и бактерий до высших позвоночных, как на уровне отдельных особей, так и на популяционном и видовом уровнях. В любой экосистеме более или менее сильными, прямыми или опосредованными взаимодействиями связаны все составляющие ее виды. Понятно, что исчерпывающий анализ столь сложной системы связей практически невозможен, однако наиболее существенные связи, как правило, сравнительно легко могут быть выделены и оценены.

Далее

В качестве примера достижений медицинской зоологии, внесшего существенный вклад в развитие экологии, рассмотрим вкратце систему связей между различными видами животных, принимающих участие в сохранении природных очагов чумы, и человеком.

Далее

Сколь ни важны для человека социальные, культурные, политические стороны жизни, он остается существом биологическим, жизнь которого, как и любого организма на Земле, обеспечивается непрерывным обменом веществом и энергией с природной средой. Это относится как к отдельному человеку, так и к любым человеческим коллективам — от семьи до народа и всего человечества. В части 3 мы более детально познакомимся с ролью культуры в организации взаимодействия человека с природой, а пока заметим, что формой существования человека как вида, социальная организация которого определяет его жизнь в гораздо большей степени, чем любого другого вида животных, является этнос — культурно-историческая общность людей, объединенных единым типом взаимоотношений как с окружающей природой, так и с другими аналогичными общностями, которые психологически воспринимаются как «не такие, как мы».

Далее

Повышение производства промышленных товаров и продовольствия создало условия для роста численности людей на Земле, что вело к росту потребностей, а это требовало нового увеличения объема производства — возникла мировая экономико-социальная система с положительной обратной связью, принципиально стремящаяся к неограниченному росту. Конечно, процесс не так прост, как он выглядит в абстрактной схеме. Политические конфликты и локальные войны, экономические преимущества и ограничения, устанавливаемые правительствами отдельных стран, изменяют конкретное развитие процессов, иногда несколько тормозят их, но не меняют общей тенденции. Результатом этого стала угроза нарушения равновесия во взаимодействии уже не отдельных этносов с вмещающими ландшафтами, а всего человечества с биосферой — живой оболочкой Земли, вне которой человек не может существовать.

Далее

Оценив масштабы вмешательства человека в ход биосферных процессов, В. И. Вернадский пришел к заключению, что человеческий разум уже стал на Земле фактором геологического значения. Еще в 1927 г. французские ученые Леруа и Тейяр де ТТТарден ввели понятие ноосфера — сфера разума. Считая разум абстрактной субстанцией, они рассматривали ноосферу как некую «надбиосферную» оболочку Земли, область материального проявления его деятельности. Иной смысл придал этому термину Вернадский. Обсуждая роль человеческого разума как геологического фактора, в 30-е и 40-е годы в ряде работ он развил представление о ноосфере как таком состоянии биосферы, в котором проходящие в ней процессы будут не только осмысливаться, но и управляться разумом.

Далее

Количество пылевых частиц в воздухе уменьшается с высотой, в приземном слое оно минимально над океанами вдали от берегов, очень мало над большими лесными массивами вне периода цветения ветроопыляемых пород, поскольку деревья весьма эффективно улавливают частицы огромной листовой поверхностью. Много пылевых частиц выносится из атмосферы дождями и адсорбируется падающим снегом. Прозрачность воздуха после дождя или снегопада увеличивается иногда в несколько раз.

Далее

С вулканическими газами в атмосферу попадают окислы серы, азота, углерода, а также хлор. Углекислый газ входит в атмосферный запас углерода, окислы азота и серы быстро вымываются дождями и попадают на почву в виде слабых растворов азотной, азотистой, серной и сернистой кислот. Вблизи действующего вулкана кислотность дождевой воды может стать опасно высокой и подавить рост и развитие растений, водных и почвенных животных. Но вдали от вулкана, а после прекращения извержения и вблизи него, эти кислоты постепенно нейтрализуются, соли азотной и азотистой кислот поглощаются растениями и их азот входит в состав белков и других азотсодержащих органических веществ. Растворимые соединения серы постепенно вымываются, а в небольших количествах сера также включается в состав белков растений, а потом и других компонентов экосистем.

Далее

Для уменьшения концентрации вредных примесей в приземном слое воздуха котельные тепловых электростанций и крупных промышленных предприятий оборудуют высокими, до 100-200 и более метров, дымовыми трубами. Чем в более высокие слои воздуха выбрасываются загрязнения, тем ниже их концентрация в приземном слое, но на тем большую площадь они рассеиваются (рис. 2.1). Крупные промышленные центры создают сверх-фоновую концентрацию взвешенных частиц, окислов серы и азота, окиси углерода на десятки километров вокруг себя, а при устойчивом ветре постоянного направления — и на сотни километров.

Далее

В общей массе антропогенных загрязнений воздуха наиболее значительную долю составляют окислы углерода. Большая часть углерода различных видов органического топлива окисляется до двуокиси углерода, меньшая — до окиси углерода, или угарного газа. Количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу промышленностью, транспортом, тепловыми электростанциями и системами отопления, превышает 7 миллиардов тонн в год, или более 2 миллиардов тонн в расчете на углерод.

Далее

Перемещения воздушных масс над поверхностью Земли определяются многими причинами, в числе которых вращение планеты, неравномерность нагрева ее поверхности Солнцем, образование зон пониженного (циклоны) и повышенного (антициклоны) давления, равнинный или горный рельеф и многое другое. К тому же на разных высотах скорость, устойчивость и направление воздушных потоков сильно отличаются. Поэтому перенос загрязнений, попадающих в разные слои атмосферы, идет с иными скоростями и подчас в других направлениях, чем в приземном слое. При очень сильных выбросах, связанных с высокими энергиями, загрязнения, попадающие в высокие, до 10-20 км, слои атмосферы, могут в течение нескольких суток или даже часов переместиться на тысячи километров. Так, вулканический пепел, выброшенный взрывом вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году, наблюдался в виде своеобразных облаков над Европой. Радиоактивные осадки разной интенсивности после испытаний особенно мощных водородных бомб выпадали практически на всей поверхности Земли.

Далее

Особую опасность для экосистем и для здоровья людей представляют многочисленные пестициды — ядохимикаты, применяемые в полеводстве и лесном хозяйстве для борьбы с грибковыми и вирусными заболеваниями растений, с насекомыми-вредителями, грызунами, сорными растениями. Многие из них высокотоксичны для гораздо более широкого круга организмов, чем грибы или насекомые. Очень опасны многие из них и для человека. Проблема перевода сельского хозяйства с химических на биологические средства защиты растений и повышения плодородия почв — одна из самых важных.

Далее

При оптимальном для фотосинтеза режиме луг или саванна могут поглощать углекислый газ не менее интенсивно, чем находящийся рядом лес, но по роли в очистке воздуха от других примесей ни один тип экосистем не может сравниться с лесами.

Далее

В борьбе с загрязнением атмосферного воздуха приходится учитывать, наряду со стремлением к его уменьшению, необходимость сохранения производств, чья продукция играет в жизни людей очень важную роль. Проще всего бывает просто закрыть отравляющее воздух предприятие. Однако, как показал опыт таких закрытий в первые годы перестройки в бывшем СССР, отрицательные экономические последствия могут намного превысить положительный (для людей) эффект локального улучшения качества воздуха. Потеря рабочих мест, срывы в работе смежных производств и снижение общего уровня производства, снижение уровня жизни людей ведут иногда к более значительным потерям для здоровья, чем выигрыш от повышения чистоты воздуха.

Далее

Впервые человечество всерьез столкнулось с радиоактивной опасностью при разработке, испытаниях и первом применении в 1945 году ядерного оружия. Собственно эта опасность не была неожиданной: действие на живые организмы разных видов ионизирующих излучений — ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, гамма-излучения и потоков альфа- и бета-частиц, возникающих при радиоактивном распаде, изучалось с конца прошлого века. Однако до появления атомной бомбы лучевая болезнь, как и повышенная вероятность заболевания раком, угрожали, по-видимому, только врачам-рентгенологам и физикам, проводившим эксперименты с расщепляющимися материалами и лучами высоких энергий. Только с появлением ядерного оружия и наступлением «атомного века» угроза радиоактивного заражения стала глобальной (и локальной) экологической проблемой.

Далее

Попадающие в воздух вредные вещества рано или поздно выпадают на поверхность земли или воды, будь то в виде твердых частиц или в виде раствора в атмосферных осадках. Такое вторичное, через атмосферу, загрязнение почв, растительности, вод оказывает заметное влияние на состояние экосистем. Уже упоминалось губительное влияние «кислых дождей» на водные и наземные экосистемы. В результате исчезновения или сильного подавления жизнедеятельности многих видов животных и растений этих экосистем резко снижается их способность к самоочистке, то есть к связыванию и нейтрализации вредных примецей. Вернуть их к нормальному существованию становится весьма непростой задачей.

Далее

Современная кислородная атмосфера Земли — уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта ее особенность связана с наличием на нашей планете жизни. О том, какой могла быть первичная атмосфера, можно судить по составу атмосферы других планет, а он достаточно хорошо изучен при помощи современных астрофизических методов. Кроме азота, составляющего большую часть и современной атмосферы, в первичной атмосфере Земли содержались углекислый газ и окись углерода, метан, цианистый водород, аммиак, водород и, разумеется, пары воды. Свободный кислород в ничтожной концентрации присутствовал, по-видимому, только в верхних слоях атмосферы, где он возникал в результате частичного разложения воды под действием жестких излучений и быстро связывался вновь. Состоявшая из восстановленных веществ и соединений, первичная атмосфера в целом обладала восстановительными свойствами.

Далее

Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральны, т. е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхние слои атмосферы, где под воздействием космических и солнечных лучей образуются ионы различных газов (аэроионы), называют ионосферой. Она практически совпадает с озоновым слоем.

Далее

Кислород способен превращаться в озон под действием источников энергии, величина кванта которой достаточна для разрыва связи в его двухатомной молекуле. Большая часть таких оторванных друг от друга атомов, очень активных, рекомбинирует снова в двухатомные молекулы, но некоторая часть — в трехатомные молекулы озона. Наиболее эффективно этот процесс проходит в верхних слоях атмосферы, на высоте 20-50 км, где под действием жесткого УФ-излучения Солнца возникает практически весь озон. Сравнительно с этим то количество озона, которое образуется при грозовых разрядах и других электрических явлениях на поверхности Земли, ничтожно мало. Таким образом, синтез озона идет на дневной стороне планеты, причем в тропиках интенсивнее, чем в средних и высоких широтах. Самопроизвольный распад озона и его разрушение во взаимодействии с различными атмосферными примесями идут постоянно. В результате возникает динамическое равновесие между синтезом и распадом озона, и его концентрация периодически меняется на 0,5-1% от среднего уровня.

Далее

Хлор — наиболее опасный катализатор распада озона. Он активно соединяется с озоном, давая монооксид хлора и кислород. В свою очередь монооксид хлора легко присоединяет второй атом кислорода, при этом хлор освобождается и может вступить в реакцию со следующей молекулой озона. Одна молекула хлора за среднее время своего существования в верхних слоях атмосферы способна разложить 100 тысяч молекул озона. По сравнению с хлором следующий по активности разрушитель озона — окислы азота — почти безопасен: одна молекула оксида азота разлагает в среднем всего 10 молекул озона. Опасность оксидов азота в том, что их содержание в воздухе много выше, чем хлора. Озон могут разрушать и другие вещества: окись углерода, водород, окись серы, — но они связывают озон в отношении 1:1 и, по сравнению с хлором и оксидами азота, могут считаться безвредными.

Далее

Поскольку наиболее активный разрушитель озонового щита Земли — хлор, основные меры, разрабатываемые для сдерживания истощения озона, сводятся к снижению выбросов в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, прежде всего фреонов. Одна из главных технологических задач, решения которой ищут во всех промышленно развитых странах, — замена фреонов на другие хладагенты, не содержащие хлора и вместе с тем не уступающие фреонам по основным физическим свойствам и химической инертности. Другая задача, практически уже решенная в ракетоносителе «Энергия», заключается в переводе ракетной техники и высотной реактивной авиации на экологически безопасные виды топлива и двигатели. Снижение выбросов оксидов азота наземными промышленными, энергетическими и транспортными системами имеет значение не только для снижения кислотности осадков и решения проблемы «кислых дождей». Окислы азота не полностью вымываются осадками, часть их достигает высот, на которых существует озоновый слой, и вносит свою лепту в его истощение. Хотя окислы азота, по сравнению с хлором, в 10 тысяч раз менее активны как разрушители озона, их выброс в атмосферу многократно превышает выброс хлора. Это повышает важность разработки двигателей, энергетических установок, котлов, новых видов топлива и способов его сжигания, которые сводили бы к минимуму образование и выброс в атмосферу окислов азота.

Далее

Как и другие ионизирующие излучения, жесткие УФ-лучи характеризуются энергией квантов, достаточной для разрыва не только электростатических, ионных связей между атомами, но и многих ковалентных. Образующиеся при таком разрыве «обломки» молекул со свободными валентными связями, так называемые свободные радикалы, обладают очень высокой химической активностью. Возникая в подвергшейся облучению живой клетке, свободные радикалы активно разрушают многие молекулы, в частности белков и нуклеиновых кислот.

Далее

Вода, обязательное условие и среда жизни, присутствует на нашей планете в очень большом количестве. Поверхность океанов и морей занимает более 70% всей поверхности земного шара. Объем воды на Земле составляет более 1,3 миллиарда кубических километров. Более 96% всей ее массы содержится в Мировом океане, остальное составляют преимущественно подземные воды и ледниковый лед. Содержание воды в озерах, реках, в атмосфере и в живых организмах вместе составляет доли процента от общего количества воды на Земле (рис. 2.8).

Далее

Органические вещества — продукты частичного распада мертвых растений и животных, выделения водных животных и растений, гуминовые кислоты и другие органические вещества, вымываемые из почвы, почти всегда присутствуют в природных водах. Особенно много их содержится в воде торфяных болот, а вода рек, вытекающих из таких болот, обычно окрашена в желто-коричневый цвет именно органическими веществами. Окисляясь, органические примеси поглощают растворенный кислород и могут значительно уменьшать его концентрацию в воде. Кроме растворенных, органические вещества присутствуют в воде также в виде мертвых микробов, водорослей и других микроскопических организмов.

Далее

Хозяйственная деятельность человека в значительной мере связана с добычей и переработкой полезных ископаемых, химическим синтезом и использованием для этих целей, как и для удовлетворения бытовых нужд и транспортного обслуживания промышленности и сельского хозяйства, все возрастающего количества энергии. В промышленных процессах в огромных количествах используется вода, причем в большинстве случаев вода, выходящая из производственного цикла, несет большое количество примесей. Большая часть этих примесей, попадая в природные водоемы, способна сделать воду совершенно непригодной для жизни.

Далее

Так, создание системы крупных водохранилищ на равнинных реках привело к необратимой потере огромных площадей наиболее продуктивных пойменных земель в долинах Шексны, Мологи, Москвы-реки, Камы, Волги и многих более мелких рек. Потери, связанные со снижением продуктивности животноводства из-за сокращения площадей наиболее ценных пастбищ и сенокосов, с переселением сотен тысяч жителей городов и деревень зон затопления, гибели огромных лесных массивов, кажется, до сих пор не поддаются более или менее объективной оценке. Дополнительные потери вызваны повышением уровня грунтовых вод на многие километры от самих водохранилищ, заболачиванием лесов и лугов, ухудшением температурно-влажностного режима на больших территориях Северо-Запада России.

Далее

Загрязненные промышленными или бытовыми сбросами воды рано или поздно попадают в почву или природные водоемы. Природные системы самоочистки не способны уже перерабатывать загрязнения в таких объемах и в таком составе, которые характерны для современных промышленных, сельскохозяйственных и других стоков. В результате во многих случаях, когда не было принято своевременных мер по очистке стоков, многие природные водоемы превратились в своеобразные сточные канавы или отстойники — накопители вредных веществ. Водные экосистемы, отравленные избыточными сбросами, лишались растений и животных, способных очищать воду, и нужны были значительные затраты, чтобы попытаться их восстановить.

Далее

Загрязнения, попадающие в речную сеть, частично нейтрализуются в процессах самоочистки. Та часть загрязнений, которая остается в воде, попадает в моря и океаны. Большое количество загрязняющих веществ сбрасывается непосредственно в моря. С морскими течениями вредные вещества распространяются постепенно на всю массу океанских вод. Таким образом происходит их сильное разбавление и снижение концентрации до уровней, не влияющих на состояние экосистем. Колоссальный объем воды Мирового океана, а это более 1300 млн. куб. км, казалось бы, может обеспечить разбавление до безопасного уровня всего того количества тяжелых металлов и других вредных примесей, которое сбрасывает в воды вся промышленность мира. Ведь в Океане содержится не менее 45,5 миллиарда тонн солей. Добавление к этому количеству каждого миллиона тонн солей увеличит их концентрацию всего на 0,002%. Однако практика показывает, что представление об Океане как бесконечно большой емкости для отходов промышленности неверно и опасно.

Далее

В активном круговороте воды участвует около 200 тыс. куб. км, или 0,4% всей пресной воды планеты. Это вода рек и озер, вода в атмосфере (пары, микрокапли и микрокристаллы льда в облаках и туманах) и вода, содержащаяся в живых организмах, главным образом в растениях. В результате ограниченности объема переноса на сушу влаги, испаряющейся в океанах и морях, устанавливается динамическое равновесие: ежегодный сток всех речных систем, составляющий около 20 тыс. куб. км., возвращает в Океан ту часть испарившейся с его поверхности воды, которая выпала в виде осадков на сушу (рис. 2.12).

Далее

Для разработки эффективных мер по защите от загрязнения природной среды важно понимать, что все среды биосферы теснейшим образом взаимосвязаны. Например, загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, оседают на поверхность земли самостоятельно или выносятся осадками. В любом случае они оказываются в поверхностных водах, на почве, на листве растений, вместе с поверхностными водами выносятся в Океан и уже с океаническими течениями разносятся вплоть до полярных областей.

Далее

При всем разнообразии температурного режима в разных климатических зонах и в разных ландшафтах на Земле основные источники поступления энергии и ее потерь остаются всегда теми же самыми. Однако их эффективность может меняться в зависимости от различных событий планетного масштаба, что ведет к тем или иным изменениям климата. Наиболее мощный и постоянный источник энергии, поступающей на планету — излучение Солнца. Интенсивность потоков световой и тепловой, в виде инфракрасного излучения, энергии, падающей на Землю от Солнца, практически остается постоянной. Величину энергии излучения на расстоянии в 1 астрономическую единицу от ¿олнца, то есть на среднем расстоянии Земли от Солнца, называют солнечной постоянной. Она составляет 1,95 кал/см2 мин. В течение года интенсивность потока энергии, падающей на Землю, несколько меняется вследствие того, что орбита, по которой планета движется вокруг Солнца, имеет эллиптическую форму, хотя и близкую к круговой.

Далее

Кроме изменений климата, протекающих в геологическом времени, тепловой баланс Земли может меняться и в отдельные годы или периоды времени в несколько лет или десятков лет. Такие изменения теплового баланса в естественных условиях связаны либо с изменениями солнечной активности, либо с изменениями альбедо. В годы «активного Солнца», когда на нашей звезде происходят мощные выбросы вещества, увеличивается поток элементарных частиц и жестких электромагнитных излучений, выбрасываемых Солнцем в мировое пространство.

Далее

В главе 1 мы обсудили роль в загрязнении атмосферы пылевых выбросов промышленных предприятий, тепловых электростанций, пыльных бурь и других источников мельчайших твердых частиц, пыли, попадающей в атмосферу в результате человеческой деятельности. Вклад техногенного запыления атмосферы в изменения альбедо может быть двояким. С одной стороны, уменьшение прозрачности атмосферы увеличивает отражение и рассеяние в пространстве солнечного излучения. В то же время за-пыление горных ледников и заснеженных поверхностей снижает их отражательную способность и ускоряет таяние.

Далее

Изменения теплового баланса Земли зависят от множества параметров, которые сложным образом взаимодействуют, и далеко не всегда может быть строго учтено их влияние на среднюю температуру и особенности переноса тепла в атмосфере и гидросфере. Поэтому однозначно предсказать характер и масштабы возможных последствий вмешательства человеческой деятельности в теплообмен планеты невозможно. Вместе с тем прогнозирование последствий дальнейшего развития тех тенденций воздействия на тепловой баланс, которые регистрируются современной наукой, позволяет описать некоторые сценарии возможного хода событий, достаточно прав доподобн ые.

Далее

Но не следует думать, что быстрое «переключение на новый уровень теплового баланса и установление климата миоценового типа может стать благом для человечества. Проблема теплового баланса потому и относится к глобальным экологическим проблемам, решение которых жизненно важно для человечества, что быстрое изменение «точки равновесия» и переход к климату, например, миоценового типа приведет к катастрофическим последствиям, поскольку процесс будет развиваться не в геологическом времени, характерном для эволюции биосферы, а во времени историческом, даже в течение всего нескольких десятилетий. Подъем уровня Мирового океана существенно сократит площадь территорий, пригодных для жизни людей и ведения сельского хозяйства. Возникнут необычайно сложные и трудноразрешимые проблемы в экономике, демографии, политике, связанные с массовым переселением людей, острым недостатком продовольствия, ростом социальной и, естественно, международной напряженности. Но даже если ценой огромных и неизбежных потерь человечество сумеет приспособиться к жизни в новых климатических условиях, этого не сможет сделать подавляющая часть видов животных и растений, что приведет к катастрофическому уменьшению видового разнообразия жизни на Земле и поставит под вопрос саму возможность сохранения биосферы современного типа, в которой только и может существовать человек.

Далее

В разных климатических зонах существуют экосистемы различной сложности. Наибольшей сложностью характеризуются экосистемы влажных тропиков, где обилие тепла, света и воды создает условия для интенсивного фотосинтеза растений и, следовательно, их высокой продуктивности. Длительное, в течение десятков миллионов лет, существование тропических дождевых лесов вело к тому, что в них сформировалось множество видов растений и животных, использующих практически все возможности для получения вещества и энергии, необходимых для их жизнедеятельности. Кроме того, каждый источник пищи или иной ресурс используется, как правило, многими видами. Поэтому снижение численности одного вида легко компенсируется повышением численности другого. В целом биологическая продуктивность таких экосистем устойчиво остается высокой и практически не меняется из-за колебаний численности отдельных видов.

Далее

Формирование нового вида — длительный процесс отбора случайно возникающих комбинаций признаков. Он завершается возникновением надежной изоляции нового вида от вида-предшественника или его вытеснением. Хотя прямого наблюдения образования нового вида до сих пор не было, множество косвенных данных говорит о том, что этот процесс занимает от нескольких сот до нескольких десятков тысяч поколений. Естественно, за время существования научной биологии такой факт и не мог быть зарегистрирован. Тем не менее данные палеонтологии позволяют утверждать, что процессы образования новых видов и вымирания старых идут не с постоянной скоростью. Периоды спокойного, медленного развертывания эволюционных процессов, продолжавшиеся в истории Земли десятками и сотнями миллионов лет, сменяются время от времени периодами массового вымирания целых отрядов и классов животных и растений и сравнительно быстрым возникновением новых.

Далее

Однако снижение численности — в той же мере непосредственная причина вымирания вида, в какой остановка сердца — непосредственная причина гибели отдельного животного. Истинная причина вымирания — это те условия, которые приводят численность вида на критический уровень и продолжают действовать в течение жизни нескольких поколений. Из всего разнообразия внешних условий для каждого вида живых существ можно выделить отдельные факторы, которые принято разделять на биотические, связанные с другими видами (объекты питания, хищники, паразиты, конкуренты и т. п.), и абиотические, факторы неживой природы (температура, влажность, свет, соленость и т. п.).

Далее

Проблема выживания малых популяций возникла прежде всего как проблема сохранения популяций редких млекопитающих и птиц в зоопарках и питомниках их предварительного размножения для последующего выпуска в природу. Существенным для ее решения и создания моделей выживания малых популяций является понятие эффективной численности (Г1 ). Она отличается от полной, или действительной, численности популяции (К), так как исключает особей, вышедших из репродуктивного возраста и часть молодняка, для которой низка вероятность доживания до этого возраста и оставления потомства. Иными словами, эффективная численность — это численность особей, оставляющих потомство и вносящих свой вклад в генофонд следующего поколения.

Далее

Мутационный процесс идет непрерывно, но его интенсивность, во-первых, относительно невелика и, во-вторых, непостоянна. В процессе эволюции выработались многочисленные механизмы защиты и «ремонта» молекул ДНК, повышающие их стабильность. Тем не менее в каждом поколении любого вида растений и животных появляется некоторое количество мутаций. Средняя вероятность мутации любого гена близка к одной миллионной для каждой особи в одном поколении. У микроорганизмов и водорослей, имеющих одинарный, гаплоидный, набор хромосом, каждая мутация проявляется как признак и немедленно подвергается действию естественного отбора. Поскольку всем предыдущим ходом эволюции вид хорошо приспособлен к жизни в данной среде, абсолютное большинство мутаций оказываются вредными и их носители погибают.

Далее

Ясно, что в длительные периоды относительно спокойного развития процессов в земной коре в течение той или иной геохронологической эры или периода экосистемы эволюционировали в направлении все большей специализации составляющих их видов, увеличения их числа, образования все большего числа узких экологических ниш и повышения суммарной эффективности использования энергии и круговорота биогенных веществ. Виды-эврибионты, не выдерживая конкуренции с высокоспециализированными стенобионтами, снижали численность и вымирали или вытеснялись на границы благоприятных для жизни территорий — в зоны засушливые, холодные и т. п., где их способность использовать разнообразные ресурсы или возникшие специальные приспособления давали преимущества перед стенобионтами.

Далее

Легко представить себе основные причины сверхкри-тического снижения численности видов, которое приводило к их вымиранию при смене условий. Это, прежде всего, сокращение местообитаний, обеспечивающих весь комплекс факторов внешней среды, которые определяют возможность существования вида. Лимитирующим фактором, в зависимости от биологических свойств вида, могли быть температура, влажность, соленость, т. е. прямое воздействие изменения климатических условий и физико-химических характеристик среды обитания. Им мог быть любой биотический фактор, например резкое сокращение численности основных кормовых растений или, для хищника, обычных объектов охоты. Важным фактором могло стать появление вида-конкурента, лучше приспособленного к выживанию в ухудшившихся условиях.

Далее

С развитием цивилизации все чаще причиной вселения новых видов становится деятельность человека. Человек расселил практически по всем континентам культурные растения и домашних животных. Вместе с ними, хотя иногда с некоторым разрывом по времени, — большинство их вредителей и паразитов. Так, например, картофель «переехал» из Америки в Европу еще в XVII веке, а колорадский жук «догнал его только в середине нашего века. Иногда домашнее животное, привезенное человеком на новую территорию, где отсутствуют конкуренты его дикого аналога, дичает, интенсивно размножается и входит в состав новых экосистем. В одних случаях, как это было в Америке с мустангом, потомком одичавших лошадей, привезенных испанскими конкистадорами, вид-вселенец удачно вписывается в структуру экосистем. В других, как в случае завоза в Австралию кролика, ввезенный человеком вид становится серьезным конкурентом многих видов аборигенной фауны.

Далее

Земля, как свидетельствуют космологические данные, возникла одновременно со всей Солнечной системой и самим Солнцем около 5 млрд. лет назад в результате конденсации вещества газо-пылевого облака в многочисленных центрах флуктуаций его концентрации и соответствующего возникновения центров гравитационного взаимодействия случайных скоплений вещества. Часть таких скоплений оказывалась неустойчивой, другие, составившие в конце концов единую равновесную систему, постепенно росли, притягивая вещество распыленной части этого облака. Само оно возникло в результате взрыва сверхновой, которая была звездой первого поколения, водородно-гелиевой. В «нормальных», принадлежащих главной последовательности, звездах первого поколения реакции ядерно-го синтеза могут идти только до железа. Синтез более тяжелых элементов сопровождается не выделением, а поглощением энергии. Необходимое для этого количество энергии обеспечивается только в предвзрывной стадии развития сверхновой, поэтому образующееся при ее взрыве газо-пылевое облако содержит практически все элементы периодической таблицы, хотя основную долю суммарной массы продуктов вспышки сверхновой по-прежнему составляют водород и гелий.

Далее

В курсе общей биологии изучаются основные этапы эволюции жизни на Земле и приводятся формы жизни, наиболее характерные для отдельных периодов всех геохронологических эр. Экологический, системный взгляд на эволюцию жизни на нашей планете позволяет выделить в этом процессе иные аспекты. В частности, даже самый поверхностный взгляд на картину, представляемую палеонтологическими данными, позволяет заключить, что медленное и трудное совершенствование строения и, очевидно, приспособленности растений и животных прошлых эпох шло одновременно с усложнением экосистем и в их составе. Поскольку между различными экосистемами нет абсолютно непроницаемых границ, и все они так или иначе связаны в единую гигантскую экосистему планеты — биосферу, то изменение типов экосистем означало одновременно изменение типа биосферы.

Далее

В результате появления фотосинтеза произошло первое принципиальное усложнение экосистем, в которых выделились организмы, производящие органическое вещество, продуценты, и его потребители, консументы. Синтез органических веществ своего тела на основе неорганических, или автотрофный тип питания, по мнению большинства биологов, представляет собой более позднее приобретение жизни, чем питание готовыми органическими веществами, или гетеротрофный тип питания. Освоение фотосинтетиками новых источников вещества и энергии с неизбежностью должно было привести к их быстрому размножению и относительно быстрому образованию новых форм. Создавая новые запасы органического вещества, фотосинтезирующие организмы-продуценты обеспечивали пищей гетеротрофов-консументов, которые также получили возможность усиленного размножения и формообразования.

Далее

Существует гипотеза неорганического происхождения свободного кислорода в атмосфере Земли. Согласно этой гипотезе, существование в верхних слоях атмосферы процесса разложения молекул воды на водород и кислород под действием жестких космических излучений должно иметь следствием постепенную утечку легкого, подвижного водорода в космическое пространство и накопление в атмосфере свободного кислорода, что без всякого участия жизни должно восстановительную первичную атмосферу планеты превратить в окислительную. По расчетам, этот процесс мог за 1—1,2 млрд. лет создать на Земле окислительную атмосферу. Но он неизбежно идет и на других планетах Солнечной системы, причем в течение всего времени их существования, а это примерно 4,5 млрд. лет. Тем не менее ни на одной планете нашей системы, кроме Земли и, с несравненно меньшим содержанием кислорода, Марса, практически нет свободного кислорода и до сих пор их атмосферы сохраняют восстановительные свойства. Очевидно, и на Земле этот процесс мог повысить содержание окислов углерода и азота в атмосфере, но не настолько, чтобы сделать ее окислительной. Так что наиболее правдоподобной остается гипотеза, связывающая наличие на Земле свободного кислорода с деятельностью фотосинтезирующих организмов.

Далее

Наиболее хорошо изученные биосферные катастрофы, сопровождавшиеся массовым вымиранием видов — это пермская, приведшая к смене палеозойской эры на мезозойскую, и меловая, предшествовавшая наступлению эры новой жизни — кайнозойской, в которой мы живем. Темп вымирания видов может быть охарактеризован временем, за которое вымерла половина видов.

Далее

Возрастание масштабов практически неуправляемого разрушения природных комплексов, местообитаний видов растений и животных ведет, как мы это уже обсуждали, к снижению численности все большего числа видов до критического уровня, обрекая их на исчезновение. Количество известных науке видов высших растений превышает 500 тысяч, а животных — 2 миллиона. Общее количество видов животных, по расчетам на основе специальных экспериментов с частотой встречаемости новых видов, составляет, по-видимому, не менее 10, а может быть и 30 миллионов. При этом значительная, если не большая, часть видов таких многочисленных и разнообразных классов, как круглые черви, паукообразные и насекомые, особенно обитатели все еще недостаточно изученных тропических лесов, до сих пор не описаны и остаются неизвестными науке. Поэтому речь идет о необходимости предотвращения вымирания сотен тысяч и миллионов видов.

Далее

Задача сохранения и восстановления видового разнообразия естественным образом связана с задачей реконструкции экосистем, в состав которых входят или входили до катастрофического падения своей численности либо исчезновения те виды, которые мы хотим вернуть в природу. Действительно, если генетический материал исчезнувшего в природе вида был заложен в криобанк, пока вид еще существовал, то можно йернуть в природу и уже исчезнувший в ней вид. Вместе с тем ясно, что экосистема, обедненная потерей части составлявших ее видов, сама изменилась, система связей в ней перестроена. Простое вселение вида, свойственного исходной экосистеме, вполне может оказаться неудачным, поскольку разница между исходной и обедненной экосистемами может оказаться фатальной. Для возвращаемого вида в ней может просто не найтись подходящей экологической ниши.

Далее

Этому уровню культуры, культуре охотников и собирателей, соответствовали низкие численность и плотность населения. Приручение животных началось, очевидно, с собаки еще на стадии охотничьей культуры. Но приручение травоядных — коров, свиней, овец и коз — создало возможность держать такие стада, которые могли прокормиться на обитаемой территории. Возник новый, значительно более обильный пищевой ресурс — мясо и молоко домашнего скота. Численность людей смогла существенно увеличиться, и возник новый тип культуры — кочевой скотоводческой. Появление земледелия еще увеличило возможности обеспечения людей пищей. Дальнейшее развитие сельского хозяйства, введение все более эффективных методов земледелия и организации хозяйства шаг за шагом увеличивали возможности обеспечения людей пищей, что создавало базу для роста численности человечества. Наряду с развитием хозяйства действовало множество факторов, повышавших смертность и сдерживавших рост численности. Стихийные бедствия, болезни, войны уносили множество жизней. Тем не менее медленный, постепенно ускоряющийся рост численности людей на Земле продолжался. Он особенно усилился в последние столетия и десятилетия в связи с развитием хозяйства, интенсификацией земледелия и животноводства, и в значительной степени благодаря успехам медицины.

Далее

Поэтому рост численности людей сопровождался, если пренебречь местными временными отклонениями, еще более быстрым увеличением потребления энергии, увеличением масштабов переработки природного сырья, расширением сельскохозяйственных площадей. Соответственно усиливалось воздействие человека на природную среду. Если первобытные охотники-собиратели, будучи одним из компонентов природных экосистем, использовали лишь часть природного «урожая», то переход к скотоводству вел к вытеснению многих видов животных охраняемыми многочисленными стадами, изменению состава растительности на пастбищах. С появлением животноводства и земледелия началось постепенно возрастающее разрушение природных экосистем и замена части их агросистемами. Современная экономика практически уже не оставила на Земле неизмененных территорий, которые были бы вполне «природными .

Далее

Ограниченность территории, по климатическим условиям соответствовавшей физиологическим возможностям «голой обезьяны», собирательство и охота на мелких животных требовали для каждой семьи или несколько большей группы архантропов относительно большой площади, следовательно, плотность ранних человеческих популяций была невелика. Жесткое давление естественного отбора способствовало сравнительно быстрому развитию мозга ранних людей, что создавало нейрофизиологическую основу все более усложнявшегося поведения наших предков. Использование огня, появление трудовой деятельности, совершенствование орудий охоты, развитие способности создавать все более устойчивые многочисленные коллективы, освоение скотоводства и земледелия, возникновение и развитие общественных структур и, наконец, развитие культуры, науки и техники в историческое время — все это шаги, постепенно выводившие человечество из-под действия природных механизмов регуляции численности и увеличивавшие «емкость среды» жизни людей.

Далее

До недавнего времени в области регуляции численности человечество всегда руководствовалось принципом неограниченного роста. Этот же принцип руководит до сих пор и развитием экономики, так что большинством людей он принимается как совершенно естественный. Эта концепция всегда была практически единственной. Разрабатывая основы космонавтики, ее основоположник, К. Э. Циолковский, считал развитие реактивной космической техники неизбежным прежде всего потому, что «растущему человечеству скоро станет тесно на Земле». Впервые попытку оценить количественно возможные последствия неуправляемого роста численности людей, сопровождающегося опережающим (по целям, а фактически обычно отстающим) ростом потребления энергии на душу населения, производства продовольствия, промышленной продукции и общим экономическим ростом, предпринял Римский клуб. В начале 70-х годов сначала Форрестер и Медоуз, затем Мессарович и Пестель представили Римскому клубу доклады, в которых на основании исследования моделей мира на ЭВМ было показано, что неограниченный рост численности людей, возрастающее использование невозобновимых ресурсов, рост производства и одновременно дефицита продовольствия, ухудшение качества природной среды и рост заболеваемости людей при сохранении имеющихся тенденций уже в начале XXI века приведут человечество к неминуемой катастрофе.

Далее

Человек как биологический вид представляет собой высшее звено в трофических сетях экосистем. Используя в пищу самые разные растения и многие виды животных, он является полифагом, «снимающим урожай» на многих уровнях экосистем, в которые включен. В борьбе за увеличение количества пищи, основного, определяющего жизненного ресурса, человек все большую часть поверхности суши превращает в сельскохозяйственные угодья. В морях и океанах все богатые рыбой места облавливаются целыми флотилиями рыболовных судов. На обеспечение этой «пищедобывающей» деятельности техникой, горючим, коммуникациями, транспортом тратится основная часть добываемых и перерабатываемых металлов, угля, нефти и других ископаемых.

Далее

Во взаимоотношениях каждого этноса, которому судьба отпустила пройти полный цикл этногенеза (подробнее об этом — в следующей главе), бывали периоды, когда численность населения и принятые способы хозяйствования оказывали слишком большое воздействие на вмещающий ландшафт, приводя к обеднению природы, истощению почв и другим проявлениям экологического кризиса. Однако эти кризисы носили локальный характер, и по мере перехода этноса к стадии устойчивого существования в родном ландшафте так или иначе преодолевались. Восстанавливалось за счет вселения с соседних территорий видовое разнообразие, складывались традиции и формы хозяйства, обеспечивавшие нагрузку на ландшафт меньше критической.

Далее

Человечество во всей своей совокупности оказывает на природные системы некоторое суммарное воздействие, последствия которого мы обсуждали в предыдущей части Однако разные народы, или этносы (греческое «этнос» — племя, народ) по-разному взаимодействуют с природной средой. Даже стирающая национальные различия современная техническая цивилизация не может полностью унифицировать типы и принципы взаимодействия разных этносов со вмещающими ландшафтами. Ландшафтами называются однородные природные системы, такие как. например, горы или долины, степи, леса, морские побережья и т. п. Основное, что отличает этнос в современном понимании от народа. — его единство, прежде всего по типу взаимодействия с природным окружением.

Далее

Первичным источником пищевых ресурсов человека были те экосистемы, в которых он мог существовать. Способами добывания пищи были собирательство и охота, причем по мере развития изготовления и использования все более совершенных орудий увеличивалась доля охотничьей добычи, значит, и доля мяса, то есть полноценных белков, в рационе. Способность организовывать большие устойчивые коллективы, развитие речи, позволяющей организовывать сложное согласованное поведение множества людей, сделали человека «суперхищником», занявшим верхнюю позицию в пищевых сетях тех экосистем, которые он осваивал по мере расселения по Земле. Так, единственным врагом мамонта был человек, который, вместе с отступлением ледника и изменением климата стал одной из причин гибели этих северных слонов как вида.

Далее

Религия — очень сложная и необычайно важная в истории и жизни человечества сторона его культуры. Она отражает в категориях веры, основанных на убеждении, а не на строгих доказательствах, отношения между людьми и человеческого общества с природной средой. Важнейшая функция религии — формулирование идеала, стремление к которому для верующего определяет все его поступки, весь образ жизни. История религии показывает ее теснейшую связь с развитием общества, как с изменениями его структуры и принципов организации, так и с изменениями отношений человека с природной средой.

Далее

Современная экономика, требующая все более высокой производительности труда не только в промышленности, но и в сельском хозяйстве, породила многочисленные интенсивные технологии выращивания разных культур. И хотя на первый взгляд такие технологии экономически оправданны и увеличивают производство продовольствия, они связаны с множеством побочных, далеко не благоприятных последствий. Например, интенсивное использование земель южных и западных штатов США в начале нашего века позволило существенно повысить производство пшеницы, кукурузы, ряда других культур. Это привело к снижению цен на хлеб и увеличению его доступности и потребления, но вызвало сильнейшую ветровую эрозию почв и необратимую потерю их плодородия. Потребовались специальные очень жесткие законы по охране почв, чтобы остановить этот процесс.

Далее

Современная цивилизация, европейская по происхождению основных черт, имея некоторые местные особенности в разных частях мира, выросла на основе капиталистической системы экономических отношений. Именно экономика определяет возможности удовлетворения основных жизненных потребностей человека — потребности в пище, жилище, знаниях. Особенность капиталистической экономики состоит в том, что развитие любой ее отрасли регулируется возможностью получения прибыли. В свою очередь прибыль определяется сбытом товаров, спросом на них со стороны потребителя. Экономическая система «реального социализма», представлявшего собой, по сути дела, государственный капитализм, по результатам воздействия на природную среду жизни людей мало отличалась от классического капитализма, и мы не будем ее специально обсуждать, хотя нельзя не признать многие социальные и другие положительные стороны социалистической системы, расцветом и упадком которой отмечен наш век.

Далее

Системы моральных ценностей определяют поведение человека, ставя перед ним главные и второстепенные цели, к достижению которых он стремится. Их изучает аксиология — учение о ценностях, в котором взаимодействуют понятия и методы многих гуманитарных наук. Системы ценностей основной массы людей, с одной стороны, определяют поведение каждого человека, с другой — сами меняются в зависимости от этапов исторического развития, стадий этногенеза и объективных условий жизни. Л. Н. Гумилев отметил, что во всех этносах, история которых доступна достоверному исследованию по описаниям современников, разным стадиям этногенеза соответствовало доминирование разных ценностей. В фазе пассионарного подъема люди, определяющие поведение всего этноса, руководствуются чувством долга и считают необходимым «быть тем, кем ты должен быть», и ради достижения идеала, даже совершенно иллюзорного, готовы отдать жизнь не только чужую, но и свою. Постепенно, со снижением в этносе уровня пассионарности, в системе ценностей людей на первые места выходят все более эгоистические мотивы: «будь самим собой», «будь как все», «какое мне дело до всех до вас ». Можно подобрать и другие выражения для характеристики отношений личности и этноса, к которому конкретный человек принадлежит.

Далее

Биологически человечество представлено одним видом — Homo sapiens. Внутри этого вида наблюдается весьма значительное генетическое разнообразие. Человечество состоит из шести рас, представители которых заметно отличаются друг от друга и внешним видом, то есть сочетанием морфологических признаков, и биохимическими, физиологическими и психическими особенностями. Генетические отличия рас заключаются в различной частоте встречаемости разных аллелей большого числа генов, но эти различия не достигают уровня видовых. Разница в представленности отдельных аллелей и, соответственно, в выраженности тех или иных признаков возникла в результате микроэволюционных процессов под действием естественного отбора, который в разных физико-географических условиях при расселении людей по планете поддерживал разные сочетания признаков.

Далее

Зарождение современной науки обычно относят к временам Древней Греции. Многие современные гуманитарные и естественные науки находят свои корни именно в работах философов Эллады. В европейской университетской науке эти корни дали новые всходы в эпоху Возрождения. На ранних этапах развития науки большинство ученых были сведущи практически во всех областях знания. Однако этот энциклопедизм утрачивался по мере накопления неудержимо растущего числа фактов, теорий, гипотез, экспериментальных подходов. Науки все более дифференцировались, а ученые, подавляемые растущим объемом информации, становились все более узкими специалистами. Еще в прошлом веке А. К. Толстой устами Козьмы Пруткова заявил: «Специалист подобен флюсу: полнота его односторонняя».

Далее

Практически все явления в природе и обществе происходят в тех или иных системах: в системе циркуляции атмосферы возникают явления погоды, в системе образования кто-то получает знания, а кто-то — «двойки », даже пробки в электрощитке перегорают не сами по себе, а работая в системе электроснабжения вашей квартиры. До недавнего времени основным подходом в науке было выделение изучаемого явления из системы, «очищение» его от посторонних влияний, чтобы «в чистом виде» изучать связь конкретного воздействия, причины, с конкретным результатом, следствием. Знания, полученные на основе такой редукции, упрощения (от латинского гейисИо — возвращение), в зависимости от задачи, например технической, используются затем для конструирования, синтеза той или иной технической системы. Именно на этом пути достигли высокого уровня развития не только технические науки, но и их фундаментальные основы — физика, химия, биология, геология, другие естественные науки.

Далее

Системой называют набор каких-либо объектов, которые взаимодействуют друг с другом по некоторым, не всегда нам известным, правилам. Уровень сложности систем может быть очень разным. Простейшие системы состоят из немногих элементов, простым образом взаимодействующих друг с другом. Система из двух космических тел, связанных взаимным притяжением, два электрических заряда, взаимодействующие по закону Кулона, большинство взаимодействий, изучаемых в курсе физики, относятся к достаточно простым системам. Но уже Солнечная система, в первом приближении состоящая из центральной звезды и девяти планет, связанных друг с другом гравитационными взаимодействиями, представляет собой уже весьма сложную систему, и расчет, например, движения в ней межпланетного корабля, — задача очень большой сложности. Только с использованием мощных вычислительных машин такая задача решается с удовлетворительной точностью.

Далее