Введение
Почему в теплых районах наблюдается столь впечатляющее видовое разнообразие растений и животных? Только ли потому, что там приятнее жить? Ответ на этот вопрос дает новое исследование, проведенное группой ученых.
Выяснили, что высокие температуры среды у экватора ускоряют метаболизм обитающих там организмов, обеспечивая энергией генетические изменения, которые и приводят к происхождению новых видов. Это объясняет известный еще до путешествия Дарвина на корабле «Бигль» факт огромного разнообразия жизни в экваториальной зоне. Работа специалистов также помогает понять, как глобальное потепление может влиять на биологическое разнообразие на планете.
По словам профессора Джеймса Джиллули (James Gillooly), одного из авторов исследования, оказалось, что скорость генетических изменений планктона в тропиках намного выше и с ростом температуры нарастает экспоненциально. Это проясняет один из фундаментальных механизмов формирования биологического разнообразия в ходе эволюции. Образование нового вида происходит в том случае, если его предок претерпел значительные генетические изменения. Используя математическую модель, включающую такие параметры, как размер тела и зависимость метаболизма от температуры, исследователи сделали прогноз скорости видообразования в глобальном масштабе. Затем, на основе изучения палеонтологического и генетического материала, они изучили скорость эволюции ДНК и образования новых видов фораминиферного планктона за период в 30 миллионов лет (фораминиферы – одноклеточные планктонные животные, остатки твердых структур которых хорошо сохраняются в морских отложениях). Скорость образования новых видов фораминифер сравнили с динамикой температур на разных широтах, от тропиков до Арктики.
Оказалось, что для образования всего лишь одного нового вида планктонного организма необходимо больше энергии, чем все человечество получает за год при сжигании ископаемого топлива. Причем энергия, необходимая для образования нового вида, – величина постоянная.
Результаты работы позволяют оценить биологическое разнообразие с точки зрения энергии. В конечном счете, образование новых видов, а, значит, и биоразнообразие, является функцией скорости метаболизма. Ясно, что у примитивных организмов скорость метаболизма намного больше зависит от температуры окружающей среды, чем, например, у млекопитающих. Высокие температуры, характерные для тропиков, ускоряют метаболизм и видообразование и способствуют увеличению биологического разнообразия. Разнообразие – одна из основных черт живого. Понимание закономерностей его формирования и поддержания поможет лучше понять сущность жизни и наметить меры по ее сохранению. Изменения окружающей среды, такие как глобальное потепление, влияют не только на функционирование экосистем, но также и на процессы современного видообразования и распределения биоразнообразия по планете.
Биологическое разнообразие
Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когда она разнокачественна.
Биологическое разнообразие биосферы включаем разнообразие всех видов живых существ, населяющих биосферу, разнообразие генов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразие экосистем биосферы в различных природных зонах. Удивительное разнообразие жизни на Земле — это не просто результат приспособления каждого вида к конкретным условиям среды, но и важнейший механизм обеспечения устойчивости биосферы. Лишь немногие виды в экосистеме имеют значительную численность, большую биомассу и продуктивность. Такие виды называют доминирующими. Редкие или малочисленные виды имеют низкие показатели численности и биомассы. Как правило, виды-доминанты ответственны за основной поток энергии и являются главными средообразователями сильно влияющими на условия жизни других видов. Малочисленные виды составляют как бы резерв и при изменении различных внешних условий они могут попасть в состав доминирующих видов или занять их место. Редкие виды в основном и создают видовое разнообразие. При характеристике разнообразия учитывают такие показатели, как видовое богатство и выравненность распределения особей. Видовое богатство выражается отношением общего количества видов к общему количеству особей или к единице площади. Например, в двух сообществах при равных условиях обитает 100 особей. Но в первом эти 100 особей распределяются между десятью видами, а во втором — между тремя видами. В приведенном примере первое сообщество имеет более богатое видовое разнообразие, чем второе. Предположим, что и в первом и во втором сообществе имеется 100 особей и 10 видов. Но в первом сообществе особи между видами распределяются по 10 в каждом, а во втором — один вид имеет 82 особи, а остальные по 2. Как и в первом примере, первое сообщество будет иметь большую выравненность распределения особей, чем второе.
Сохранение биологического разнообразия — непременное условие сохранения и развития естественных экосистем, существования всей жизни в целом.
Биосфера: механизмы устойчивости
Биосфера представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы — производители органического вещества, но и гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества. Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие, и экосистема остается устойчивой. Устойчивость — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферы определяется:
— исключительным разнообразием живого вещества;
— взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;
— дублированием звеньев биогеохимических циклов;
— жизненной активностью живого вещества.
Биологическое разнообразие обеспечивает богатство информационных, вещественных и энергетических связей живого и косного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом, геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота.
Существование каждого вида зависит от множества других видов, уничтожение одного из видов может привести к исчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида и продукты их жизнедеятельности, а также их отмершие тела являются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищение экосистем.
Социально-экономическое развитие общества пришло и явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищет пути устойчивого развития общества и природы.
Биосфера: опасность обеднения биологического разнообразия видов и экосистем
Биологическое разнообразие — генетическое, видовое, экосистемное — является первопричиной устойчивости как биосферы в целом, так и каждой отдельной экосистемы. Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когда она представлена разнообразными видами и экосистемами.
Но в современных условиях настолько возросли масштабы хозяйственной деятельности человека, что возникает опасность потери биологического разнообразия. Разные виды деятельности человека приводят к прямому или косвенному уничтожению разнообразных видов и экосистем биосферы.
Можно выделить несколько основных типов деградации окружающей среды, которые в настоящее время являются наиболее опасными для биологического разнообразия. Например, затопление или заиление продуктивных земель, их бетонирование, асфальтирование или застройка лишают диких животных мест обитания. Возделывание земель нерациональными методами снижает урожаи из-за эрозии и истощения плодородия почв. Обильное орошение полей может привести к засолению, т. е. к повышению концентрации солей в почве до уровня, не переносимого растениями. Вследствие чего исчезают типичные растения этих мест. Вырубка леса на больших территориях при отсутствии восстановительных посадок приводит к уничтожению местообитаний диких животных, смене растительности, сокращению ее разнообразия. Многие виды исчезают по причине их истребления, а также вследствие загрязнения окружающей среды. Большинство видов исчезает по причине уничтожения естественных мест обитания, разрушения природных экосистем. Это и является одной из главных причин обеднения биологического разнообразия.
Биосфера: как человек может сохранить биологическое разнообразие
Под биологическим разнообразием биосферы понимают разнообразие всех видов живых организмов, составляющих биосферу, а также все разнообразие генов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразие экосистем биосферы в различных природных зонах. К сожалению, в настоящее время всевозможные виды хозяйственной деятельности человека приводят к снижению биологического разнообразия. Биосфера теряет биологическое разнообразие. В этом заключается одна из экологических опасностей.
Человечество еще мало знает о биологическом разнообразии, например, нет еще точных данных о количестве видов в биосфере. Специалисты еще не всегда могут определить, какие территории требуют особых мер охраны и организации на них заповедников. Огромно количество малоизученных видов, например в тропических лесах.
Для сохранения биоразнообразия необходимо вкладывать средства в его изучение; совершенствовать природопользование, стараясь сделать его рациональным; решать глобальные экологические проблемы на международном уровне.
ЮНЕСКО приняла конвенцию о Всемирном наследии, которая объединяет природные и культурные памятники. Конвенция призывает заботиться об объектах, которые имеют ценность для всего человечества. Сохранение биоразнообразия зависит и от руководителей стран, и от поведения каждого жителя планеты.
Многообразие видов в природе, его причины. Влияние деятельности человека на многообразие видов. Биологический прогресс и регресс
1. Биосфера — гигантская экологическая система, заселенная разнообразными видами растений (около 0,5 млн.), животных (примерно в 3—4 раза больше, чем видов растений), грибов (около 100 тыс. видов), бактерий (около 25 тыс. видов), связанными между собой генетическими, пищевыми, территориальными и др. связями. 2. Причины многообразия видов. Их возникновение благодаря наследственной изменчивости, действию борьбы за существование и естественного отбора. 3. Неоднородность вида в пределах ареала, наличие в нем относительно обособленных, однородных по составу групп особей — популяций. Популяция — форма существования вида, единица эволюции, в недрах которой зарождается новый вид. 4. Предполагаемые этапы видообразования: 1) возникновение у особей мутаций; 2) скрещивание этих особей и распространение в популяции мутаций — причина ее неоднородности; 3) действие различных форм борьбы за существование (межвидовой, внутривидовой; борьбы с неблагоприятными условиями); 4) естественный отбор, сохранение в популяции особей преимущественно с полезными мутациями для конкретных условий среды, оставление ими потомства; 5) изменение генофонда популяции, зарождение нового вида в результате наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора. 5. Биологический прогресс — направление эволюции, для которого характерно увеличение численности вида, расширение его ареала, образование новых популяций, видов. Примеры эволюции видов по пути прогресса: заяц-русак (около 20 подвидов), виды круглых паразитических червей. 6. Биологический регресс — направление эволюции, которое приводит к сокращению численности вида, сужению его ареала, уменьшению числа популяций вида и, возможно, в конечном счете к его гибели. Глобальные экологические изменения, вызванные деятельностью человека, непосредственное уничтожение особей — основные причины биологического регресса. 7. Деятельность человека — мощный фактор биологического прогресса и регресса. Примеры прогресса: появление устойчивых к ядохимикатам видов насекомых-вредителей, к лекарствам — болезнетворных бактерий, бурное развитие в загрязненных водоемах сине-зеленых. Примеры регресса: сокращение численности промысловых видов млекопитающих, рыб в результате нерегулируемого промысла, рыбной ловли. Меры, сдерживающие и предупреждающие биологический регресс (регулирование численности популяций, рациональное использование природных ресурсов). 8. Исчезновение вида в экосистеме, особенно доминирующего, — причина исчезновения других связанных с ним видов. Вымирание видов — причина обеднения генофонда, его невосполнимость. Сохранение биологического разнообразия в экосистемах, среды обитания видов — основа поддержания стабильности биосферы.
Биологическое разнообразие
Биоразнообразие - это понятие, обозначающие все многообразие жизни на Земле и все существующие природные системы. Биоразнообразие, которое мы видим сегодня, - это продукт эволюции на протяжении миллиардов лет, определяемый естественными процессами и все в большей степени - влиянием человека. Оно представляет собой ткань Жизни, составной частью которой мы являемся и от которой полностью зависим.
Говорят, что на Земле видов жизни гораздо больше, чем звезд на небе. На сегодняшний день определены и получили свои имена около 1,7 миллионов видов растений, животных и микроорганизмов. Мы тоже являемся одним из таких видов. Точное количество видов проживающих на Земле до сих пор не известно. Их число колеблется от 5 до 100 миллионов!
Биологическое разнообразие является бесценным мировым достоянием нынешнего и будущих поколений. Но сегодня число факторов угрозы генному фонду, видам и экосистемам велико как никогда прежде. В результате деятельности человека экосистемы деградируют, виды умирают или их численность тревожными темпами сокращается до уровней нежизнеспособности. Такая утрата биоразнообразия подрывают саму основу Жизни на Земле и представляет собой по истине глобальную трагедию.
По разным данным от 100 до 200 видов становятся вымирающими каждые 24 часа! Они исчезают безвозвратно! Их исчезновение в большинстве случаев остается незамеченным, так как лишь только маленькая часть их идентифицирована. Живые виды исчезали со скоростью, в 50-100 раз превышающей естественный темп, и ожидается, что она еще значительно возрастет. По оценкам, основанным на существующих тенденциях, 34 тысячам видом растений и 5,2 тысячам видов животных (включая восьмую! часть видов птиц) грозит полное вымирание. Человечество, безусловно, пострадает (и уже страдает) от таких потерь, и не только потому, что мир станет беднее без белых медведей, тигров и носорогов. Истощение биологического наследия мира ограничит появление новых полезных продуктов. Лишь незначительная часть видов растений и животных исследована на общественную полезность. Только 5000 из примерно 265 000 видов растений культивируется для производства продовольствия. Даже самые незначительные виды могут играть решающую роль в экосистемах, к которым они принадлежат. Люди просто не имеют понятия о том, чем они пренебрегают. Природное богатство земли это не только разнообразие видов, но и генетические коды, обеспечивающие каждое живое существо признаками, которые позволяют ему выживать и развиваться. Эти гены можно использовать для разработки лекарств и расширения ассортимента продуктов питания. Из растений получают больше половины всех лекарственных средств. По данным ЮНЕП более 60% людей в мире напрямую зависят от растений, из которых получают лекартства. В Китае, например, используют для медицинских нужд более 5000 из 30000 идентифицированных домашних видов растений. Более 40% выписываемых В США рецептов содержат один или более лекарств, получаемых из диких видов (грибков, бактерий, растений и животных). Помимо медицинской, виды диких растений и животных имеют также другую высокую коммерческую ценность. Они являются очень важными для промышленности как источники танина, резины, смолы, масел и других коммерчески ценных компонентов. Потенциал для новых продуктов промышленности из неизвестных или плохо известных видов растений и животных огромен. Такие продукты могут даже содержать углеводороды, которые могли бы заменить нефть как источник энергии. Например, дерево, которое растет только в северной Бразилии продуцирует около 20 литров сока каждые 6 месяцев. Этот сок может быть использован как топливо для двигателей. В Бразилии также производится из зерна метан, который они затем продают для использования в машинах. Производство и использование метана экономит для страны 6 миллионов долларов в иностранной валюте каждый год. Утрата биоразнообразия снижает продуктивность экосистем, сокращая таким образом природную корзину товаров и услуг, из которой мы постоянно черпаем. Она дестабилизирует экосистемы и снижает их способность противостоять различным стихийным бедствиям. Мы тратим огромные деньги на возмещение ущерба от ураганов и наводнений, увеличивающиеся число которых является следствием вырубки лесов и глобального потепления. Теряя разнообразие мы теряем культурное самосознание, которое корнями уходит в окружающую нас биологическую среду. Растения и животные являются нашими символами, их изображение существует на флагах, в скульптурах и других образах нас и нашего общества. Мы черпаем вдохновение любуясь красотой и мощью природы. Исчезновение биоразнообразия необратимо в настоящих условиях, и при нашей зависимости от урожаев сельскохозяйственных культур, от лекарств и других биологических ресурсов, оно представляет угрозу и нашему благополучию.
Причины потери биоразнообразия
Преобладающими причинами потери биоразнообразия и деградации биологических ресурсов (а попросту ЖИЗНИ на Земле) являются широкомасштабная вырубка и сжигание лесов, разрушение коралловых рифов, неконтролируемое рыболовство, чрезмерное уничтожение растений и животных, незаконная торговля видами дикой фауны и флоры, использование пестицидов, осушение болот, загрязнение воздуха, использование уголков нетронутой природы под сельскохозяйственные нужды и строительство городов.
Леса населяет большинство известных наземных видов, однако 45% естественных лесов Земли исчезли, главным образом, вырублены за последнее столетие. Несмотря на все усилия площадь мировых лесов стремительно сокращается. До 10% коралловых рифов - одна из богатейших экосистем - разрушено, а 1/3 из оставшихся погибнет в ближайшие 10-20 лет! Прибрежные мангровые заросли - жизненно важная естественная среда обитания для детенышей многих видов животных - также находится под угрозой, а половина их уже исчезла. Истощение озонового слоя приводит к прониканию большего количества ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли, где они разрушают живую ткань. Глобальное потепление приводит к изменению ареалов обитания и распространения видов. Многие из них погибнут, если произойдет повышение среднегодовой температуры на Земле.
Как появилась Конвенция
Еще в ноябре 1988 году Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) организовала Специальную рабочую группу экспертов по биологическому разнообразию с целью изучения необходимости разработки международной конвенции по биологическому разнообразию. В мае 1989 года, она учредила Специальную рабочую группу по техническим и правовым вопросам для подготовки международного правового документа в отношении сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия.
С февраля 1991 года Специальная рабочая группа стала называться Межправительственным комитетом по ведению переговоров. Результатом работы комитета явилось проведение 22 мая 1992 года в Найроби, Кения, Конференцию по согласованию текста Конвенции о биологическом разнообразии. Конвенция о Биологическом разнообразии была подписана 5 июня лидерами 150 государств на историческом Саммите "Планета Земля" в Рио-де-Жанейро в 1992 году.
Задуманная как практический инструмент для претворения в жизнь принципов "Повестки Дня на 21 век", Конвенция призвана содействовать устойчивому развитию. Она была открыта для подписания до 4 июня 1993 года, и к этому моменту ее подписали 168 сторон. Конвенция вступила в силу 29 декабря 1993 года, на 90 день после ее ратификации 30 странами. Конвенция о биологическом разнообразии представляет собой соглашение, последствия которого трудно переоценить. На сегодняшний день ее ратифицировало 176 стран и Европейское сообщество. Благодаря почти всеобщему участию правительств, всеобъемлющему мандату и доступу к финансовым и научно-техническим ресурсам, Конвенция стала оказывать воздействие на подход международного сообщества к вопросам биоразнообразия.
Уменьшение биологического разнообразия
Средняя продолжительность существования видов составляет 5-6 млн. лет. За последние 200 млн. лет исчезло около 900 тыс. видов, или в среднем менее одного вида в год. В настоящее время скорость исчезновения видов на пять порядков больше: за сутки исчезает 24 вида. Предполагается, что к 2000 г. в сутки будет исчезать 100 видов. По экспертным оценкам, на протяжении следующих 20 - 30 лет 25% общего биологического разнообразия Земли будет находиться под серьезной угрозой исчезновения. В настоящее время - около 22 тыс. видов растений и животных.
Основные причины утраты биологического разнообразия: потеря среды обитания. Чрезмерная эксплуатация биологических ресурсов, загрязнение среды обитания, влияние интродуцированных экзотических видов.
Интенсивное давление на биологическое разнообразие является прямым следствием роста численности населения. В настоящее время уровень жизни человечества обеспечивается за счет невозобновляемых ресурсов, которые аккумулировались на протяжении миллионов лет, а потребляются в течение жизни нескольких поколений. Утрата биологического разнообразия имеет серьезные глобальные последствия для сельского хозяйства, медицины и промышленности, фактически для благополучия человека и даже его существования. В экологически неблагополучном состоянии находятся почвы Европы, особенно в ее восточной части. Так, например, в Болгарии 80 % окультуренных земель подвержены водной и ветровой эрозии, из них занимающие площадь в 100 км2 ежегодно выбывают из сельскохозяйственного пользования. В России около 50 млн. га сельскохозяйственных земель засолены, заболочены или подтоплены грунтовыми водами. В странах Западной Европы, особенно в ФРГ, Нидерландах, сельскохозяйственные земли сильно загрязнены нитратами и пестицидами. В отличие от сегодняшнего дня, земледелие в будущем должно основываться на важнейших принципах биологической активности: удержании в почве питательных веществ, защите почвенного слоя от эрозии, поддержании углеродного баланса, охране и рациональном использовании водных ресурсов, сохранении видового разнообразия. Потребуется широкое использование многообразных форм агро-, лесоводства; усиление мер по сокращению опустынивания; введение улучшенных сортов сельскохозяйственных культур и схем их посадки и др.
14