Уменьшение биологического разнообразия

Рассмотрим биотические  факторы. Биотическими факторами среды  называют совокупность влияний, оказываемых  на организмы жизнедеятельностью других организмов. Эти влияния носят  самый разнообразный характер. Живые  существа могут служить источником пищи для других организмов, являться средой обитания (например, организм-хозяин, в котором поселяются паразиты), способствовать их размножению (например, деятельность животных-опылителей), оказывать  химическое (токсины бактерий), механическое и другие воздействия. В отличие от абиотических факторов среды, действие биотических факторов проявляется в форме взаимовлияния живых организмов разных видов друг на друга. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей неживой природы (например, изменение состава почвы бактериями или изменение микроклимата под пологом леса).

Техногенный фактор (от гр. techne - искусство, мастерство, genos - род, происхождение и лат. factor - делающий, производящий) - влияние, оказываемое промышленной деятельностью на организмы, биогеоценоз, ландшафт, биосферу (в отличие от естественных, или природных факторов). Техногенным фактором обуславливают возникновение и развитие техногенеза. Поскольку практически все области деятельности человека носят все более индустриальный характер (добывающая и обрабатывающая отрасли, сельско - хозяйственная технологии, коммунальное хозяйство и т.п.), техногенный фактор по сути становится синонимом антропогенного фактора.

Биосфера - оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15–20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2–3 км на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875, тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским.

 Биосфера состоит из  живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов.  Биотический компонент – это  вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание  энергии, воды, определенных химических  элементов и других неорганических  условий, в которых существуют  живые организмы.

 Жизнь в биосфере  зависит от потока энергии  и круговорота веществ между  биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются  биогеохимическими циклами. Существование  этих циклов обеспечивается энергией  Солнца.

Фотосинтез, хемосинтез, дыхание  и брожение – основные процессы, благодаря которым поток энергии  проходит через организмы. Первые два  процесса обеспечивают синтез органических веществ за счет энергии света (фотосинтез) и окисления неорганических веществ (хемосинтез). В ходе дыхания и  брожения органические вещества расщепляются, а заключенная в них энергия  используется живыми организмами, но в  конечном итоге переходит в тепло.

Свойства биосферы:

 Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена  тесной взаимосвязью слагающих  ее компонентов. Она достигается  круговоротом вещества и энергии.  Изменение одного компонента  неизбежно приводит к изменению  других и биосферы в целом.  При этом биосфера — не механическая  сумма компонентов, а качественно  новое образование, обладающее  своими особенностями я развивающееся  как единое целое. Биосфера  — система с прямыми и обратными  (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном  счете, обеспечивают механизмы  ее функционирования и устойчивости. На понимании целостности биосферы  основывается теория и практика  рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет  предвидеть возможные изменения  в природе, дать прогноз результатам  воздействия человека на природу.

  Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком и в центр биосферы ставится только один вид — человек (идеи антропоцентризма).

 Устойчивость и саморегуляция.  Биосфера способна возвращаться  в исходное состояние, гасить  возникающие возмущения, создаваемые  внешними и внутренними воздействиями,  включением определенных механизмов. Гомеостатические механизмы биосферы  связаны в основном с живым  веществом, его свойствами и  функциями. Биосфера за свою  историю пережила ряд таких  возмущений, многие из которых  были значительными по масштабам  (извержения вулканов, встречи с  астероидами, землетрясения и  т.п.). Гомеостатические механизмы  биосферы подчинены принципу  Ле Шателье—Брауна: при действии  на систему сил, выводящих ее  из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том  направлении, при котором эффект  этого воздействия ослабляется.

 Ритмичность. Биосфера  проявляет ритмичность развития  — повторяемость во времени  тех или иных явлений. В природе  существуют ритмы разной продолжительности.  Основные из них — суточный, годовой, внутри вековые и сверхвековые. Суточный ритм проявляется в  изменении температуры, давления  и влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов  и отливов, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, в поведении животных. Годовая  ритмика — это смена времен  года, изменения в интенсивности  почвообразования и разрушения  горных пород, сезонность в  хозяйственной деятельности человека. Суточная ритмика, как известно  обусловлена вращением Земли  вокруг оси, годовая — движением  Земли но орбите вокруг Солнца. Разные экосистемы обладают различной  суточной и годовой ритмикой. Годовая ритмика лучше всего  выражена в умеренном поясе  и очень слабо—в экваториальном. Наблюдаются и более продолжительные  ритмы (11,22—23,80—90 лет и др.). Ритмические  явления не повторяют полностью  в конце ритма того состояния  природы, которое было в его  начале. Именно этим и объясняется  направленное развитие природных  процессов.

Состав и строение биосферы:

Живые организмы обогащают  окружающую среду кислородом, регулируют количество углекислого газа, солей  различных металлов и целого ряда других соединений — поддерживают необходимый для жизни состав атмосферы, гидросферы и почвы. Во многом благодаря живым организмам биосфера обладает свойством саморегуляции.

Огромная средообразующая  роль живых организмов позволила  ученым выдвинуть гипотезу о том, что атмосферный воздух и почва  созданы самими живыми организмами  за сотни миллионов лет эволюции.

Академик Вернадский на основе сходства строения геологических пород, лежащих глубже кембрийских, с более  поздними предположил, что жизнь  в виде простых организмов присутствовала на планете "практически изначально". Ошибочность этих научных построений стала впоследствии очевидна геологам.

Несомненной заслугой В. И. Вернадского  является твердая убежденность в  том, что жизнь появляется только от живых организмов, но ученый, отвергая библейское учение о сотворении мира, полагал, что "жизнь вечна, как  вечен космос", и попала на Землю  с других планет. Фантастическая идея Вернадского не подтвердилась. Гипотеза эволюционного происхождения организмов планеты от простейших форм сегодня  еще более противоречива, чем  во времена Вернадского.

Вернадский указывал на главное  отличие биосферы от других оболочек планеты — проявление в ней  геологической деятельности живых  существ. По словам ученого, "все  бытие земной коры, по крайней мере, по весу массы ее вещества, в своих  существенных, с геохимической точки  зрения, чертах обусловлено жизнью". Живые организмы Вернадский рассматривал как систему преобразования энергии  солнечного света в энергию геохимических  процессов.

В составе биосферы различают  живое и неживое вещество —  живые организмы и инертную материю. Основная масса живого вещества сосредоточена в зоне пересечения трех геологических оболочек планеты: атмосферы, гидросферы (океаны, моря, реки и пр.) и литосферы (поверхностный слой пород). К неживому веществу биосферы относится составная часть этих оболочек, связанная с живым веществом циркуляцией вещества и энергии.

В неживом компоненте биосферы различают: биогенное вещество, являющееся результатом жизнедеятельности  организмов (нефть, каменный уголь, торф, природный газ, известняки биогенного происхождения и пр.); биокосное  вещество, формирующееся совместно  организмами и небиологическими процессами (почвы, илы, природная вода рек, озер и пр.); косное вещество, не являющееся продуктом жизнедеятельности  организмов, но входящее в биологический  круговорот (вода, атмосферный азот, соли металлов и пр.).

Границы биосферы можно определить лишь приблизительно. Хотя известны факты  обнаружения бактерий и спор на высоте до 85 км, концентрация живого вещества на больших высотах столь ничтожна, что биосферу считают ограниченной на высоте 20-25 км озоновым слоем, защищающим живые существа от разрушительного  воздействия жесткого излучения.

В гидросфере жизнь распространена повсюду. В Марианской впадине на глубине 11 км, где давление 1100 атм  и температура 2,4°С, французский  ученый Ж. Пикар наблюдал в иллюминатор  голотурий, других беспозвоночных и  даже рыб. Под толщей антарктического  льда более 400 м обитают бактерии, диатомовые и синезеленые водоросли, фораминиферы, ракообразные. Бактерий обнаруживают под слоем морского ила в 1 км, в нефтяных скважинах  на глубине до 1,7 км, в подземных  водах на глубине 3,5 км. Глубины 2-3 км считаются нижней границей биосферы. Общая мощность биосферы, таким образом, в разных частях планеты изменяется от 12-15 до 30-35 км.

Эволюция биоразнообразия

 В истории органического  мира были периоды нарастания  и спада биоразнообразия, когда  на арену жизни выходили одни  группы организмов, сменяя других. Мы судим об этом по их  остаткам: окаменелостям, отпечаткам, следам жизнедеятельности и т.  п. Все это изучает палеонтология.  По данным палентологической  летописи, богатство фауны и флоры  в минувшие геологические эпохи  сильно изменялось. Хотя его трудно  сопоставить с современным разнообразием,  главным образом из-за неполноты  этой летописи, все же можно  говорить о периодах расцвета, доминирования и угасания крупных  таксонов: классов, отрядов и семейств. Так ученые приводили следующие сведения. В докембрии (670 млн лет до н. э.) доминировали беспозвоночные животные с мягким телом, в основном кишечнополостные и кольчатые черви. На протяжении кембрия и силура (590-438 млн лет до н. э.) процветали морские беспозвоночные с твердой раковиной. Панцирные рыбы получили максимальный расцвет в девоне (408 млн лет до н. э.), хрящевые рыбы - в карбоне (360 млн лет до н. э.), насекомые господствовали с позднего карбона до кайнозоя (290-65 млн лет до н. э.), костные рыбы - с триаса до кайнозоя (248-2 млн лет до н. э.), амфибии - от середины карбона до триаса (300-248 млн лет до н. э.), рептилии были наиболее разнообразны и многочисленны с пермского по меловой периоды (286-144 млн лет до н. э.), а млекопитающие и птицы достигли расцвета только в кайнозое (65 млн лет до н. э. - современность).

 Расцвет и угасание  отдельных крупных ветвей - филумов  - естественный эволюционный процесс,  который сопровождает изменения  условий среды на земном шаре  или в его крупных регионах. В конечном итоге большинству  видов рано или поздно суждено  вымирание. Некоторые из них  преобразуются в более продвинутые  в эволюционном отношении типы, но большинство в конце концов  не сможет приспособиться к  постоянно возникающим новым  условиям среды или конкурировать  с более адаптированными организмами  и вымирает. В качестве примера  можно привести эволюционную историю семейства Equidae (лошади), в котором с момента появления первого вида и до наших дней из 18 родов вымерло 17 и 9/10 всех их видов. В наше время семейство представлено одним родом Equus с восемью видами (зебры, кулан и дикий осел, а также лошадь Пржевальского).

 Если учесть, что число  ныне живущих видов животных  составляет около 1% числа всех  ранее живших на земном шаре, то становится очевидным, что  вымирание представляет собой  одно из наиболее ярко выраженных  эволюционных явлений. Конечно,  для каждой эпохи характерно  вымирание каких-то определенных  видов. Однако одни геологические  периоды отличаются гораздо более  интенсивным вымиранием, чем другие. Настоящая причина вымирания  какого-либо ископаемого вида, скорее  всего, так и не будет достоверно  установлена. Но массовые вымирания,  приходящиеся на конкретные отрезки  геологической истории, без сомнения, были связаны с большими изменениями  в окружающей среде.

 Высказано много соображений  относительно причин массовых  вымираний. В первую очередь  это экзогенные причины, к которым  относятся горообразовательные  процессы, трансгрессии и регрессии  Мирового океана, ледниковые эпохи  и даже астероидные бомбардировки  нашей планеты. В противоположность  этим гипотезам некоторые авторы  усматривают причины вымирания  в тех процессах, которые протекают  в экосистемах. По их мнению, экзогенные факторы и события  лишь провоцируют преобразования  биот (флор и фаун), но смену  их состава следует объяснять  организацией членов биоты и  сообществ: если говорить о  вымирании в ограниченных (не  глобальных) масштабах, то главную  роль в вымирании играет конкуренция,  а изменение климата имеет  лишь второстепенное значение.

 В истории наземных  четвероногих животных были три  крупнейшие эпохи массовых вымираний:  в конце пермского периода,  середине юрского и конце мелового. Среди морских животных массовые  вымирания наблюдались в конце  перми, на рубеже триасового  и юрского периодов и на  границе мелового и третичного периодов. Изучение палеонтологических материалов показывает, что в конце перми вымерло большинство амфибий и рептилий. В меловом периоде произошло бурное развитие покрытосеменных растений на суше и одновременно появление многочисленных групп насекомых, опылявших цветки этих растений. Но в то же время окончательно вымерли динозавры. Конец третичного периода (плиоцен) и начало четвертичного (плейстоцен) известны ухудшением климата и обновлением биоты. Произошло массовое вымирание млекопитающих, которые доминировали на суше в течение всего третичного периода. При этом фауна северных материков пострадала сильнее, чем фауна тропиков и южных областей суши.