Читаем 101 ключевая идея: Экология онлайн бесплатно

Вы держите в руках книгу из серии «Грандиозный мир. 101 ключевая идея». Надеемся, что как данная книга, так и серия в целом окажется для вас интересной и полезной. Цель этой серии — доступным и увлекательным образом познакомить читателя с самыми разными областями знания.

В каждой книге содержится объяснение 101 ключевой идеи и понятия, относящихся к той или иной области знания. Для удобства пользования статьи расположены в алфавитном порядке. Все книги серии написаны таким образом, что от читателя почти не требуется никаких специальных знаний и подготовки. Они будут полезны и для студентов, и для тех, кто только еще готовится к поступлению в высшее учебное заведение, и просто для любознательных.

На наш взгляд, большинство учебников слишком объемны, чтобы служить справочными пособиями, а статьи в словарях слишком кратки, чтобы сформировать у читателя более или менее полное представление о предмете. Книги этой серии совмещают в себе лучшие стороны и учебника, и словаря. Их вовсе не обязательно читать от корки до корки и в строго определенном порядке. Обращайтесь к ним, когда нужно узнать значение того или иного понятия, и вы найдете краткое, но содержательное его описание, которое, без сомнения, поможет вам выполнить задание или написать доклад. Материал в книгах излагается четко, с тщательным подбором необходимых научных терминов.

Итак, если вам потребуется быстро и без больших затрат получить сведения по какой — либо теме — воспользуйтесь книгами данной серии!

Желаем удачи!

Пол Оливер, издатель серии

Биогеохимия уделяет основное внимание распределению и распространению на планете таких важных для организма химических веществ, как углерод, азот, фосфор и сера, а также некоторых металлов.

В отличие от энергии, которая приходит на Землю с лучами Солнца и в конечном итоге уходит обратно в космос, химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Поскольку многие химические вещества растворяются в воде, их цикл напрямую связан с круговоротом воды в природе. Этот круговорот, в свою очередь, зависит от энергии солнца. Реки несут воду в океан, где каждая молекула в среднем пребывает 3500 лет, прежде чем тепло заставит ее испариться (вместе с 16 миллионами тонн молекул воды, которые испаряются ежесекундно). Следующие несколько дней она проводит в атмосфере, чтобы вновь возвратиться на землю в виде дождя или снега.

Все биоэлементы проходят в той или иной степени через различные «резервуары», или «хранилища». Такими «резервуарами» могут быть атмосфера, пресные и соленые воды, почва и горные породы и, конечно же, живые организмы. Например, азот является основной составляющей частью атмосферы (до 79 %); некоторые азотфиксирующие бактерии потребляют его прямо из воздуха и производят нитраты, вещества, которые уже могут усваивать растения. В отличие от азота доля фосфора в атмосфере ничтожно мала. Он, как правило, медленно, но постоянно скапливается в морях, где и пребывает в течение миллионов лет, проходя через циклы бесчисленных организмов. В конечном итоге он входит в состав океанических отложений и остается в них сотни миллионов лет, до тех пор пока они не поднимутся со дна моря и фосфор вновь не вернется в биосферу.

Циклы каждого элемента имеют свои особенности, и они, как в случае углерода и азота, могут быть весьма сложными. Это делает их изучение нелегким, но иметь представление о них очень важно, поскольку они оказывают влияние на человеческую деятельность.

См. также статьи «Гея», «Микробная петля», «Разложение».

Всем известно, какое воздействие оказали химические пестициды на окружающую среду. Современные пестициды довольно быстро разлагаются на безвредные компоненты, тем не менее они предназначены лишь для одной цели — убивать, и многие люди обеспокоены тем, какое воздействие они оказывают на здоровье людей и состояние окружающей среды.

Биоконтроль часто рассматривается как эффективная безопасная для окружающей среды и относительно дешевая альтернатива химическим пестицидам. Кроме того, он уже более 100 лет является важным оружием в борьбе с вредителями. За это время около 40 % средств, осуществляющих биоконтроль, доказали свою эффективность.

Насекомые часто становятся вредителями из-за отсутствия природных врагов. Большинство культурных растений произрастает в тех регионах, для которых они не являются исконными. Поэтому на них нападают не свойственные этой среде обитания насекомые, для которых открывается настоящий рай: огромное количество отличной пищи и полное отсутствие природных врагов. Неудивительно, что они становятся вредителями.

В грубом виде биоконтроль можно представить себе следующим образом. Вы приезжаете в место естественного обитания вредителей, находите там их природного врага и завозите его в места распространения культурных растений или животных. Этот метод весьма эффективен, но может привести к совершенно непредвиденным последствиям. Некоторые виды биологического контроля сами становились вредителями, как, например, камышовая жаба, завезенная в Австралию; другие же явились причиной вымирания посторонних видов. Прежде чем завозить виды, не свойственные данной среде обитания, нужно тщательно рассчитать все возможные последствия и оценить риск для видов, не являющихся вредителями.

Сегодня никто, конечно, уже не будет завозить хищных позвоночных животных в не свойственную им среду обитания в качестве средства биоконтроля. Однако продолжаются дискуссии по поводу использования средств биологического контроля над насекомыми и связанного с этим риска.

См. также статьи «Внедрение новых видов», «Паразитоиды», «Регулирование численности популяции», «Хищничество».

Что такое биологическое разнообразие? Почему оно важно? И почему мы должны поддерживать его? В наиболее общем смысле под биологическим разнообразием подразумевают «разнообразие жизни». Это понятие охватывает генетическое разнообразие различных видов и более высоких таксономических единиц (семейств, классов, типов и т. д.), а также разнообразие сред обитания и экосистем. Поскольку «биологическое разнообразие» — слишком широкое понятие, не существует его строгого определения; все зависит от того, в какой конкретной области его применяют. На практике под биологическим разнообразием подразумевают, прежде всего, разнообразие видов.

Биологическое разнообразие значит гораздо больше, чем просто наличие разных форм жизни. Оно не только определило направления прикладных исследований, но и приобрело статус особой оценки: хорошо, когда имеется биологическое разнообразие, и необходимо его всячески поддерживать, поскольку отсутствие разнообразия — это плохо. В природоохранных мероприятиях приоритет теперь отдается нестолько сохранению отдельных (типичных) видов, сколько сохранению всего разнообразия экосистемы. В пользу этого было выдвинуто много аргументов, начиная с утверждения, что разнообразие жизни ценно само по себе и мы несем моральную и этическую ответственность за его сохранение, и, заканчивая обычным антропоцентрическим прагматизмом — человек в полной мере использует биологическое разнообразие экосистем (см. статью «Экосистема») для своих экономических нужд, как — то: разработка лекарств от рака или развитие экотуризма.

Как сохранить биологическое разнообразие? Один из подходов состоит в том, чтобы направить усилия прежде всего на поддержание и сохранение лучших из многочисленных имеющихся экосистем. Другой предлагает заботиться прежде всего о «горячих точках», то есть о районах наибольшего сосредоточения представителей редких видов, которым грозит вымирание. Проводя комплекс охранных мероприятий в «горячих точках», можно сохранить больше редких видов, чем в других регионах.

См. также статьи «Градиент широтного разнообразия», «Природоохранная деятельность», «Экологическая избыточность», «Экосистема».

Понятие «биом» было введено с целью классифицировать основные типы земной растительности согласно влиянию на них климата планеты.

Два основных климатических фактора, оказывающих влияние на растительность, — это температура и осадки (дождь, снег и т. п.). Температура постепенно снижается от экватора к полюсу, но при определении климатических зон следует еще учитывать удаленность от океана, направление океанических течений (например, Гольфстрим несет теплые воды на северо-восток Атлантики) и наличие высоких горных систем.

Сочетание высокой температуры с высоким уровнем осадков в экваториальных зонах благоприятствует произрастанию тропических лесов. На противоположном конце спектра находится тундра с ее низкими температурами и малым количеством осадков. Теплые и сухие регионы — это пустыни. Если же к теплу добавим побольше осадков — получим саванну, и т. д.

В таких территориальных единицах глобального уровня выделяют скорее не отдельные виды растительности, а доминирующие формы жизни (это отличает понятие «биом» от понятия «сообщество»). В качестве примера можно привести суккуленты с колючками, широко распространенные в пустынях. В Новом Свете это будут кактусы, а в Старом Свете — совершенно другие семейства растений.

Внутри биомов распространение конкретных сообществ во многом зависит от топографических и геологических особенностей, от влажности почвы и т. д.; и в самом деле, в некоторых случаях сообщества могут нарушать границы климатических зон. Существует также фактор высоты: даже в тропиках высокие горы лишены деревьев и их вершины покрыты снегом.

Что можно сказать о водных сообществах? Климат оказывает на них меньшее влияние, особенно в океанах, где наблюдаются меньшие, чем на суше, колебания температуры. Доминирующие формы жизни зависят скорее от местных условий (то есть от глубины и течений), чем от географической широты.

См. также статьи «Жизненные формы», «Леса умеренных широт», «Луга», «Пустыни», «Саванны», «Средиземноморские кустарники», «Тропические дождевые леса», «Тундра», «Хвойные леса (тайга)».

В 1990-х годах распространилась своеобразная «мода» на героин, в XIX столетии была «мода» на туберкулез. Героини романтических романов умирали от чахотки, а «чахоточный вид» был очень популярным. В наши дни туберкулезом инфицированы два миллиарда человек, это самая распространенная тяжелая инфекция среди людей. В последние годы заболеваемость туберкулезом возросла даже в развитых странах, во многом из-за возникновения устойчивости к антибиотикам, а также из-за продолжающегося обеднения населения в городах и его большой плотности.

Конечно, туберкулез — это не единственное заболевание, оказывающее такое огромное влияние на снижение численности населения Земли; около 50 миллионов человек умерли во время пандемии гриппа в 1918–1919 годах, а это больше, чем было убито во время Первой мировой войны. Имели место эпидемии бубонной чумы, малярии, свинки.

Хотя почти все болезни известны с давних пор, многие из них получили широкое распространение после того, как основная масса населения Земли сосредоточилась в больших городах. Для того чтобы возникла эпидемия, например, кори, требуется население численностью около 300 000 человек. Иметь представление о таком «пороге передачи» крайне важно при разработке программ вакцинации — достаточно сделать прививки определенному количеству людей, чтобы не допустить распространения болезни среди подверженных ей людей выше этого «порога».

Болезни оказывают огромное влияние на природные сообщества, особенно когда бактерии или вирусы переносятся с одного вида на другой и их новые жертвы оказываются неподготовленными, не имеют иммунитета. Такой перенос часто случается, когда люди и домашние животные осваивают новые территории. Например, вирус чумы рогатого скота, занесенный в Серенгети [1]при посредстве домашнего скота, погубил более 80 % поголовья копытных животных (буйволов, антилоп гну и др.), а это в свою очередь привело к сокращению численности охотящихся на них хищников. Благодаря последующей вакцинации скота количество и копытных, и хищников увеличилось.

Болезни могут поставить некоторые виды на грань вымирания. К примеру, собачья чума, занесенная бродячими собаками, почти целиком погубила несколько оставшихся популяций черноногих хорьков в Северной Америке.

См. также статьи «Паразитизм», «Саванны».

С тех пор как первые европейцы ступили на территорию будущих Соединенных Штатов Америки, они привезли с собой более 50 000 видов растений и животных. Экономические потери, борьба с распространяемыми завезенными видами болезней и средства контроля над ними обходятся США в 138 миллиардов долларов ежегодно. Возьмем для примера черную крысу. Каждая крыса съедает пищи приблизительно на 15 долларов в год. Если учесть, что в США всего около 1,25 миллиарда крыс, то получается, что только из-за них страна теряет 19 миллиардов долларов ежегодно.

Завезенные виды причиняют не только экономический ущерб. Они могут вызывать серьезные нарушения экологической обстановки, становясь разносчиками болезней, поедая не приспособленные к борьбе с ними местные виды и изменяя среду обитания. Они являются одной из самых больших угроз биологическому разнообразию, поскольку ведут к гомогенизации общемировой биоты.

Океанические острова вследствие своей географической изоляции являются местом обитания разнообразных эндемических (не встречающихся больше нигде) видов и особенно страдают от внедрения завезенных видов. На острове Гуам, [2]например, выжила только треть из 13 видов лесных птиц, исчезла половина видов рептилий, а единственное уцелевшее местное млекопитающее, фруктовая летучая мышь, ни разу не размножалось на протяжении последнего десятилетия. Основным виновником такого печального положения можно называть бурую древесную змею (brown treesnake), которая проникла туда после Второй мировой войны на наземных и воздушных военный транспортных средствах. Как же один-единственный вид мог вызвать такое опустошение?