§ 63. Биоразнообразие – основа устойчивости сообществ

Вопрос. Вспомните, с чем связано биоразнообразие органического мира на нашей планете. От чего зависит устойчивость сообществ?

Ответ. Биологическое разнообразие (биоразнообразие) – это разнообразие всего живого на Земле – от генов до экосистем. В его основе лежит видовое разнообразие. Оно включает миллионы видов животных, растений, микроорганизмов, живущих на нашей планете. Однако биоразнообразие охватывает и всю совокупность природных экосистем, которые слагаются этими видами. Таким образом, под биоразнообразием следует понимать разнообразие организмов и их природных сочетаний. На основе биоразнообразия создается структурная и функциональная организация биосферы и составляющих ее экосистем, которая определяет их стабильность и устойчивость к внешним воздействиям.

Существует три основных типа биоразнообразия:

• генетическое, отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

• видовое, отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов);

• разнообразие экосистем, охватывающее различия между типами экосистем, средами обитания и экологическими процессами. Разнообразие экосистем отмечается не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу – от биоценоза до биосферы.

Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны: 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, и с этой точки зрения не существует бесполезных или вредных видов.

Устойчивость – это свойство системы, которое позволяет не сопротивляться внешним изменениям, а устойчивость сообщества зависит от особенности реакции составляющих его видов на изменение внешних условий (экологических факторов).

Вопрос 1. Каково значение биоразнообразия для существования природных сообществ?

Ответ. Биологическое разнообразие необходимо для любой экосистемы потому что оно обеспечивает нормальные круговороты веществ и полное их использование в экосистеме, что будет обеспечивать устойчивость и стабильность экосистемы.

Величина биоразнообразия как внутри вида, так и в рамках всей биосферы признана в биологии одним из главных показателей жизнеспособности (живучести) вида и экосистемы в целом и получила название «Принцип биологического разнообразия». Действительно, при большом однообразии характеристик особей внутри одного вида (это относится и к человеку, и к растениям, и к микроорганизмам) любое существенное изменение внешних условий (погода, эпидемия, изменение кормов и пр.) более критично скажется на выживаемости вида, чем в случае, когда последний имеет большую степень биологического разнообразия. То же (на другом уровне) относится и к богатству (биоразнообразию) видов в биосфере в целом.

История человечества накопила уже целый ряд примеров отрицательных последствий попыток слишком грубого и упрощённого «назначения» каких-то биологических видов, семейств и даже экосистем однозначно полезными, или однозначно вредными. Осушение болот приводило не только к уменьшению малярийных комаров, но и к более бурным весенним паводкам при иссушении близлежащих полей летом, отстрел волков («обидчиков» оленей) на замкнутом плато – к неумеренному росту численности этих оленей, почти полному истреблению ими кормов и последующему повальному падежу.

Вопрос 2. Охарактеризуйте принцип дополнительности применительно к видам организмов сообщества. Как это сказывается на устойчивости сообществ?

Ответ. В любых сообществах уживаются вместе только те виды, которые обладают разными экологическими нишами и, следовательно, дополняют друг друга в использовании ресурсов среды. Особенно хорошо это заметно в лесах, где может быть до 5–6 ярусов. Так, в широколиственных лесах дуб и липа, образующие верхний (первый) ярус, перехватывают 70—80% поступающего солнечного света. Во втором ярусе растут менее светолюбивые деревья, например клён остролистный, липа мелколистная, которым достаточно уже 10–20% светового потока. Растениям третьего яруса (орешнику (лещине), жимолости, бересклету, крушине), образующим подлесок, достаётся менее 10% солнечного света. Многолетние травянистые растения (хохлатка, ветреница, гусиный лук, медуница, ландыш майский, зеленчук зелёный, копытень европейский, вороний глаз), образующие четвёртый ярус, а также мхи и лишайники, произрастающие в нижнем (пятом) ярусе широколиственного леса, способны осуществлять фотосинтез всего при 1–2 сотых долях от общей освещённости. Таким образом, растения широлиственного леса, дополняя друг друга в ярусах, оптимально используют весь поток солнечной энергии.

С ярусами в широколиственном лесу связано и распределение животных. Так, в кронах деревьев первого и второго ярусов живут листогрызущие насекомые, насекомоядные птицы (зяблики, славки, иволги), мелкие зверьки (белки, сони). Пищей им служат листья, плоды и семена. Особенно разнообразно население животных нижнего яруса. Здесь обитают зайцы, кабаны, ежи, лесные мыши и другие животные, которые кормятся травянистыми растениями, грибами, упавшими плодами, семенами, червями, личинками насекомых – обитателями лесной подстилки. Распределение животных по ярусам снижает конкуренцию между ними в питании. Дополняют друг друга в широколиственном лесу и разные виды грибов. Например, шляпочные грибы – трутовики, опята, вёшенки – специализируются на разрушении живой и мёртвой древесины, а плесневые грибы – свежеопавших листьев, семян и плодов. Существует специализация и у микроорганизмов-редуцентов: одни из них расщепляют белки и аминокислоты, другие – целлюлозу и хитин.

Вопрос 3. Разные виды птиц славок, обитающие в одних и тех же местах смешанного леса, собирают насекомых на разных частях кроны деревьев. Одни – на верхней части, другие – на средней части, третьи – на нижней. Какое значение имеет такая специализация видов для устойчивости сообщества? Ответ поясните.

Ответ. Близкородственные и конкурирующие за пищу виды смогли выжить в процессе эволюции благодаря развитию устойчивой специализации на добывание корма в различных частях крон деревьев, что способствовало снижению межвидовой конкуренции.

Вопрос 4. Какие виды называют викарирующими? В чём состоит их значение для устойчивости сообществ? Приведите примеры викарирующих видов.

Ответ. Виды организмов в том или ином сообществе могут быть заменены другими, не нарушая общего хода круговорота веществ и потока энергии в экосистеме, если у них такие же экологические потребности. Например, в тёмнохвойных лесах встречаются разные виды елей и пихт, выполняющие в сообществах одинаковые экологические роли; на суходольных лугах обитают разные виды насекомых-опылителей: медоносная пчела, бабочка-крапивница, жук-бронзовка, муха-журчалка и др.

Так как экологические ниши разных видов могут частично перекрываться, исчезновение одного из них для сообществ с большим биоразнообразием не опасно. Его функции берёт на себя другой вид с похожими экологическими потребностями. Такие виды называют викарирующими (от лат. vicarius – замещающий). Например, в пустынях Евразии викарирующими являются два вида тушканчиков – мохноногий и малый. Первый предпочитает селиться на песчаных участках, а второй – на глинистых. Экологические роли у этих двух видов тушканчиков одинаковые: и тот и другой ведут одиночный образ жизни, проводя светлое время суток в глубоких норах, активны ночью и в сумерки, питаются растениями и мелкими насекомыми.

Вопрос 5. Охарактеризуйте принцип взаиморегуляции видов в сообществах. В чём ограниченность жёстких связей между видами, занимающими соседние звенья в пищевых цепях? К чему это может привести?

Ответ. Для поддержания устойчивости сообществ важны биотические взаимодействия и связи между популяциями разных видов. Это обеспечивает взаиморегуляцию плотности популяций: хищники регулируют численность своих жертв, паразиты – хозяев, конкурирующие виды – друг друга и т. п. В свою очередь, на сообщество оказывают влияние экологические факторы абиотической среды, которые могут усиливать биотические взаимодействия. Так, мягкие зимы в течение ряда лет в средней полосе России привели к вспышкам размножения короеда-типографа, с которым уже не могут справиться его естественные враги, например большой пёстрый дятел.

Большое влияние на биоразнообразие сообществ оказывают связи между организмами, занимающими соседние звенья в пищевых цепях. Например, встречаются растительноядные насекомые, которые питаются исключительно одним видом растения, так называемые монофаги (от греч. monos – один, единственный и phagos – пожиратель). Жизнь монофагов зависит от кормового растения: с его исчезновением они тоже могут исчезнуть из сообщества. Так произошло с популяцией бабочки парусник Аполлон, обитавшей до 70-х гг. XX в. в районе Приокско-Террасного заповедника под Москвой. Её гусеницы питались листьями одного вида очитка, который произрастал на лугах. Сенокос в течение нескольких лет подряд привёл к полному исчезновению вначале кормового растения этого насекомого, а затем – и популяции самой бабочки. Следовательно, жёсткие связи при резком воздействии на сообщество могут привести к исчезновению отдельных видов. Именно поэтому для поддержания биоразнообразия сообществ важна определённая гибкость биотических взаимодействий между видами.

Вопрос 6. Какое значение для устойчивости сообществ имеет принцип дублирования функций? Приведите примеры видов, дублирующих функции в сообществах.

Ответ. Наиболее богатые видами сообщества более устойчивы. Чем больше видов растений, животных, грибов и микроорганизмов в сообществе, тем сложнее и многообразнее связи между ними. Большое биоразнообразие обеспечивает дублирование пищевых цепей на уровне видов. Например, многие виды растений используются в пищу не одним, а сразу несколькими видами растительноядных животных; от них пищевые цепи тянутся к хищникам, которые представлены несколькими видами.

Вопрос 7. Используя дополнительную литературу и Интернет, найдите примеры экологической реставрации нарушенных сообществ. Что необходимо учитывать при проведении таких работ? Свой ответ проиллюстрируйте фотографиями.

Ответ. Знания о закономерностях биоразнообразия сообществ имеют не только теоретическое, но и прикладное значение. Они нужны для проведения экологической реставрации нарушенных сообществ, их возврата к начальному состоянию. Это необходимо в тех случаях, когда сообщество не может само пройти все стадии сукцессии. Человек помогает такому сообществу: очищает почву от веществ-загрязнителей, восстанавливает гидрологический режим абиотической среды, высевает семена типичных для данного сообщества видов трав, высаживает средообразующие породы деревьев и кустарников, расселяет виды насекомых, земноводных, пресмыкающихся, птиц, зверей и т. п. И сообщество, поддержанное человеком, возрождается. Придать экологичные (биопозитивные) свойства ранее нарушенному или полностью преобразованному человеческой деятельностью, разрушенному ландшафту – это значит обеспечить сохранение оставшейся в ненарушенном состоянии природы, реставрацию (восстановление) нарушенной или полностью разрушенной природной среды. При реставрации желателен возврат к прежнему состоянию компонентов ландшафта, но в соответствии с экологическими законами такой возврат не может быть полным. Можно сохранить нетронутые природные территории и восстановить качество нарушенных участков природы, но почти во всех случаях при этом будут созданы новые, культурные, ландшафты, отличающиеся от ранее существовавших природных комплексов.

Идеальная экологичная реставрация с полным возвратом природной среды к ее естественному состоянию неосуществима ввиду невозможности, например, восстановления антропогенно преобразованного рельефа или литосферы (глубинных слоев, сжатых под действием веса городских зданий, и др.), природной флоры и фауны. В большинстве случаев возможно некоторое приближение к природному состоянию ряда компонентов ландшафта (сенсорной среды, воздуха, воды) или замена компонента (флоры, фауны).

Экологичная реставрация может заключаться в возврате загрязненного ландшафта или его отдельных компонентов в состояние, близкое к прежнему естественному (например, перевод наземного объекта в подземное пространство с устройством на освободившейся поверхности земли сквера или парка), либо в создании на нарушенной территории нового природного ландшафта (например, создание искусственного озера на месте заброшенного открытого карьера для добычи какого-либо сырья). Экологичная реставрация загрязненных ландшафтов приносит реальные положительные результаты, если она имеет системный характер, сопряжена с постоянной экологизацией технологий, которые способствовали ранее загрязнению ландшафта. Восстановление свойств почв, грунта, грунтовых вод относится к одному из наиболее трудоемких процессов в связи со сложностью технологии удаления загрязнений из почвы. Восстановление свойств почв может осуществляться на месте их расположения.

Экологичная реконструкция литосферы (закрытых разработок) заключается в том, что вынутая порода замещается экосовместимым заполнением, которое должно обладать такими же прочностью, водонерастворимостью, водопроницаемостью, деформируемостью, как и вмещающий грунт, не выделять загрязнителей.

Для восстановления чистоты водоемов применяют различные способы. Одним из основных является запрещение сброса загрязненных вод в водоем (переход на сниженное водопотребление с замкнутыми циклами или использование глубокой очистки сбрасываемых вод с последующим возвратом их в цикл) и невмешательство в многолетний процесс самовосстановления водоема, т.е. его естественной очистки благодаря выпадению чистых дождей, абсорбции загрязнителей растительностью и животными, разбавлению воды чистыми водами из впадающих рек или ручьев и т.д. Могут быть рекомендованы удаление сильно загрязненного ила и его очистка в заводских условиях или захоронение при невозможности очистки, а также удаление илистых неорганических загрязненных наносов.