Популяционная экология. Биосфера

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Иерархия уровней организации живых систем и принцип эмерджентности

Все живые системы отличаются высокой упорядоченностью, которая проявляется в их целостной, иерархической функционально-структурной организации и находит свое выражение во взаимообусловленности всех отдельных элементов системы и их подчиненности ее общему функционально-структурному плану. И хотя эта иерархичность организации составляет общее свойство любых систем, в случае живых систем она приобретает совершенно особое значение, поскольку специфика этих систем создается благодаря их чрезвычайно высокой функционально-структурной сложности, которая требует исключительно тонкого согласования всех подсистем в пределах системы при весьма динамичном управлении всей многогранной совокупностью одновременно происходящих процессов, связанных с развитием этих подсистем.

Поэтому обеспечение экологически целесообразного интегрального результата деятельности живой системы, необходимого для ее сохранения и адаптивного развития, в любом случае возможно только на основе ее строго иерархической общей организации, при которой задача управления системой принципиально упрощается за счет того, что отдельные элементы этой сложной задачи могут решаться автономно и последовательно на отдельных иерархически соподчиненных уровнях системы. Только на основе этой иерархии процессов и структур в живой системе и становится возможным как фактически существующее в ней полное взаимосоответствие внутренних потоков информации, энергии и вещества, так и экологически целесообразное развитие ее информационных, энергетических и материальных связей с внешней средой. Иначе говоря, саморегуляция системы подобного уровня сложности может осуществляться только на основе ее строго иерархической, целостной организации.

И так, иерархическая структура является высшей формой упорядоченности, она свойственна живым системам на всех уровнях организации, начиная с субмолекулярного уровня.

На субмолекулярном и молекулярном уровнях примерами иерархической организации живых систем могут служить любые биологические макромолекулы, и прежде всего гигантские молекулы нуклеиновых кислот и белков с их сложными, разноуровневыми эволюционно обусловленными субъединицами, архитектура которых непосредственно определена многогранными совокупностями внутримолекулярных связей различной природы. Не повторяя общеизвестных истин химии нуклеиновых кислот и белков, напомним лишь, что они организованы именно на основе жесткой многоуровневой функционально-структурной иерархии определенных элементарных блоков разной сложности. В этой связи рассмотрим несколько подробнее только один пример -- структурную организацию глобулярных белков.

Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов, или подмножеств, в более крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из «свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу. Рассматриваемый нами принцип можно выразить иным способом, исходя из понятия о несводимых свойствах, суть которого заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне; он должен быть изучен непосредственно. Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем два примера, один из физики, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов -- эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.

2. Возрастная структура популяции

Для понимания механизмов функционирования и решения вопросов использования популяций большое значение имеют сведения об их структуре.

Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры. В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре - соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов.

У животных выделяют следующие возрастные группы:

· ювенильная группа (детская)

· сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

· взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются нормальные популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно.

В регрессивной (вымирающей) популяции преобладают старческие особи, что свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих воспроизводительные функции. Требуются срочные меры по выявлению и устранению причин такого состояния. Внедряющиеся (инвазионные) популяции представлены в основном молодыми особями. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если это популяция видов, ранее отсутствовавших на данной территории. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.

Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек может изымать из нее количество особей (у животных) или биомассу (у растений), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол и другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

Эксплуатация популяций растительных сообществ (например, для получения древесины), обычно приурочивается к периоду возрастного замедления прироста (накопления продукции). Этот период обычно совпадает с максимальным накоплением древесной массы на единице площади.

3. Основные свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

Центральным звеном ее выступают живые организмы(живое вещество).

Биосфера- открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называется гомеостазом, понимая под ним способность, возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений. Благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа Ле-Гиателье-Брауна при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна, если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат - распад экосистем ,либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценоза или урбанизированных комплексов.

Биосфера- система, характеризующаяся большим разнообразием.

Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качестве закона.

Важнейшее свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

4. Международное сотрудничество в области охраны природы

Неблагоприятная экологическая ситуация в России, как и в других странах, обусловлена не только внутренними причинами, но и ухудшением состояния окружающей природной среды планеты с нарастанием риска глобального экологического кризиса.

Отличительной особенностью большинства экологических проблем является то, что они не признают территориальных и политических границ.

Развертывание глобального экологического кризиса проявляется в следующих основных формах.

Глобальное потепление климата. Явление, обозначаемое термином «парниковый (тепличный) эффект», известно относительно давно. Впервые оно было выявлено в первой половине XIX в., а уже в конце XX века описано в систематизированном виде, в том числе была раскрыта роль углекислого газа и других парниковых газов.

Однако в качестве глобальной опасности парниковый эффект стал рассматриваться во второй половине 80-х гг. XX в.

Разрушение озонового экрана Земли. Впервые это явление было замечено в 1975г. И лишь спустя 10 лет была принята Международная Венская конвенция по защите озонового слоя; в 1987 г. в ее развитие был подписан Монреальский протокол.

Сокращение площади лесного покрова Земли. Лесные ресурсы играют особую роль в поддержании экологического равновесия и устойчивости биосферы Земли. Они выполняют важнейшие атмосфероохранные, водозащитные, климаторегулирующие функции, выступают основой биоразнообразия и т. д.

Большую тревогу вызывает состояние лесных ресурсов России и других стран с переходной экономикой, а также развитых странах из числа основных лесных держав. Так, на территории Чехии прежде всего под воздействием кислотных дождей повреждено и загрязнено 20% общей площади лесного фонда. Сходная ситуация наблюдается в Швеции, особенно в ее южных районах.

Опустынивание значительных территорий, включая пахотные и пастбищные угодья. В числе основных причин-- массовые лесные вырубки, а также потепление климата. Ежегодно площадь пустынь увеличивается на 6 млн. га в год. В настоящее время общая площадь пустыни достигла 120 млн. га. Это эквивалентно площади сельскохозяйственных угодий таких стран, как Китай и Нигерия, и составляет более 10% от площади сельскохозяйственных угодий мира.

Сокращение и обеднение генетического фонда планеты, подрыв биоразнообразия. В настоящее время биоразнообразие насчитывает от 10 до 30 млн. видов растительного и животного мира. Сокращение количества обитающих на Земле биологических видов не является чем-то новым. Человеческая деятельность воздействует на видовое разнообразие в течение тысячелетий. Однако в последние десятилетия это влияние драматическим образом усилилось.

Ожидается, что в период до 2020 г. вследствие вырубки тропических и других лесов потери мирового видового разнообразия могут составить от 5 до 15%. Это будет означать исчезновение ежедневно от 50 до 150 видов.

Таковы лишь наиболее существенные глобальные экологические опасности.

Всем уже ясно, что решить проблемы сохранения окружающей среды только на уровне отдельных стран в принципе невозможно.

Движение воздушных и водных масс, миграция животных не подчиняются государственным границам, и даже почвы могут перемещаться в результате пыльных бурь. Трансграничный перенос приводит к распространению загрязнения с территории одной страны на территорию другой. эмерджентность популяция биосфера экология живая система

Например, значительная часть загрязнения на территорию Канады поступает из США, а около20% серы, ведущей к образованию кислотных дождей, поступает в страны СНГ через западную границу. В то же время выбросы предприятий, расположенных в северо-западных районах России, серьезно ухудшают экологическую обстановку в Финляндии и т. д.

Единство и взаимосвязь биосферных процессов и условность государственных границ приводят к тому, что ни одна самая образцовая страна в плане бережного отношения к природе, с самым разумным природоохранным законодательством и законопослушными гражданами не может быть ограждена от ухудшения качества воды, воздуха, почвы, гибели животного и растительного мира.

Поэтому мало совершенствовать законодательство и систему природопользования только в одной стране, необходимо способствовать развитию международного сотрудничества и международного законодательства, регулирующего совместные усилия всех стран в деле охраны природы и рационального использования ее богатств.

Список литературы

1. Агаджанян Н. А., Торшин В. И. Экология человека. М.: КРУК, 1994.

2. Гальперин М. В. Экологические основы природопользования: Учебник. М.: ФОРУМ, ИНФРА - М, 2003.

3. Гиляров А. М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ. 1990.

Размещено на Allbest.ru