§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

Концепции взаимодействия биоты и окружающей среды

§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

В настоящее время известны две противоположные концепции взаимодействия биоты и окружающей среды:

– традиционная концепция взаимодействия биоты и окружающей среды – адаптация;

– концепция биотической регуляции окружающей среды.

Согласно традиционной концепции окружающая среда оказывается пригодной для жизни в силу уникальных физических условий на земной поверхности, определяемых исключительно особым расположением околосолнечной орбиты Земли. Биота – естественная фауна и флора биосферы – приспосабливается к окружающей среде за счёт эволюционного видообразования.

Существенные изменения окружающей среды могут происходить и за счёт воздействия самой биоты. К этим изменениям биота приспосабливается таким же образом. Например, в прошлом биота вызвала переход от восстановительной (бескислородной) к окислительной (содержащей кислород) атмосфере.

Главным свойством жизни считается способность к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся внешним условиям. Выделенных оптимальных для жизни внешних условий не существует. Генетическая адаптация обеспечивается внутривидовой изменчивостью геномов.

Любые генотипы, обладатели которых производят наибольшее количество выживающих в окружающей их среде потомков, закрепляются в популяции. Любые виды организмов, способные адаптироваться к окружающей среде и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту.

Все наблюдаемые по палеоданным эволюционные изменения объясняются непрерывной адаптацией видов и индивидуальным отбором.

Кардинальное изменение окружающей среды, связанное с освоением природы человеком и преобразованием сообществ естественной биоты в культуру, приспособленную для удовлетворения его потребностей, рассматривается здесь как определённый этап естественного эволюционного процесса.

Единственная экологическая проблема, которую предстоит решить человеку при данной концепции – это ликвидация загрязнений, изменяющих окружающую человека среду в неблагоприятном для него направлении. Естественным процессом считается также и освоение человеком всей глобальной биоты, превращение биосферы в новую глобальную биосистему, обслуживающую исключительно нужды человека.

Биоразнообразие рассматривается как генетический ресурс, который может быть использован человеком при дальнейшем развитии биотехнологий и генной инженерии.

Предполагается, что биоразнообразие включает как генетическую информацию различных естественных видов, так и внутривидовую генетическую изменчивость.

Это биоразнообразие предполагается сохранить в природных парках, а также в генных банках, в заповедниках.

И действительно, большинство предложений по экологической безопасности (устойчивому развитию) от биологов–ботаников касаются главным образом расширения особо охраняемых территорий. Отметим, что площадь суши Земли – 149,1 млн. кв. км (29,2%).

Отметим, что площадь земельных ресурсов за вычетом ледников и скальных поверхностей составляет 129 млн. кв. км – 86,5% суши, а площадь охраняемых территорий (в странах Организации экономического сотрудничества и развития – ОЭСР) – 2,3 млн. кв. км, т.е.

всего около 1,5% суши.

Непрерывный экономический рост, базирующийся на непрерывном расширении использования ресурсов биосферы, рассматривается как единственная возможность обеспечить удовлетворение растущих потребностей увеличивающегося человеческого общества.

В традиционной концепции взаимодействия биоты и окружающей среды фактически игнорируются экологические ограничения на численность популяции биологических видов (в т.ч. человека), причины образования естественных сообществ видов и устойчивость сообществ и их среды обитания-экосистем.

В.Г. Горшков и др. (в книге В.И. Данилова-Данильяна, 2000) указывают на два важнейших эмпирических факта, которые не находят объяснения в традиционной концепции:

1) почему, несмотря на быстрые изменения окружающей среды, особенно происходящие под воздействием самой биоты, условия окружающей среды не выходят за пределы возможности существования её жизни;

2) почему, несмотря на непрерывную адаптацию, все виды сохраняют строгую дискретность и не наблюдается переходных форм ни между современными видами одновременно существующими в биосфере, ни между видами, наблюдаемыми по палеоданным.

Таким образом, традиционная концепция взаимодействия биоты и окружающей среды, где ключевым является положение об адаптации, не даёт решения проблемы допустимой хозяйственной ёмкости экосистемы, а она является главной для экологически устойчивого развития.

Основной разработчик теории биотической регуляции окружающей среды профессор биофизики из Санкт-Петербурга В.Г. Горшков, начиная с 1970 года, опубликовал в России и за рубежом множество статей по проблемам экологии, в т.ч. работу с расчётами потребления человечеством чистой первичной продукции растительности (1980).

Спустя 6 лет эта работа была повторена группой известных американских экологов [Vitousek et al., 1986], но, к сожалению, именно их расчёты, практически повторяющие результаты В.Г. Горшкова, сейчас широко цитируются в мировой литературе, посвящённой проблемам окружающей среды. Наиболее полное изложение физических и биологических основ биорегуляции содержится в монографии В.Г.

Горшкова, изданной на английском языке в 1994 году, а в 1995 году на русском – в ВИНИТИ.

Теория биотической регуляции и стабилизации окружающей среды прочно опирается на современную физику и биологию, не противоречит их основным законам и сама внутренне непротиворечива.

Она с единых позиций позволяет объяснять явления и процессы, изучаемые в этой области знаний, обладает значительными прогностическими возможностями и допускает экспериментальную проверку.

Она выявляет законы устойчивости биосферы, которые налагают ограничения на развитие цивилизации. В ней решён ключевой вопрос о несущей ёмкости экосистем.

В концепции биотической регуляции окружающей среды принимается во внимание физическая неустойчивость земной среды, где биота Земли является единственным механизмом поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды. Отметим, что в традиционной концепции взаимодействия биоты и окружающей среды Земля устойчиво имеет уникальные физические условия, а биота приспосабливается к ним через эволюционное видообразование.

В этой концепции главное свойство биоты – способность видов к выполнению определённой работы по поддержанию выделенных условий окружающей среды, пригодных для существования жизни.

Сложнейшие типы взаимодействия живых организмов с окружающей средой приводят к необходимости образования экологических систем определённого набора видов, составляющих каждую такую экологическую систему. Виды скоррелированно взаимодействуют между собой и окружающей их средой.

Эта скоррелированность подобна скоррелированности клеток и органов внутри одного многоклеточного организма.

Биотическая регуляция глобальных запасов биогенов в биосфере происходит следующим образом.

В локальных экосистемах соотношение между физическими потоками выноса биогенных элементов (С, N, P, O2 и др.) и биологической продуктивностью (массой биоты) могут быть различными. Для лесов, например, физические потоки меньше биогенных (Казимиров и др., 1977). Здесь концентрация биогенов происходит за счёт несовпадения по обмену синтеза и разложения.

Для атмосферных газов, наоборот, физические потоки больше биогенных. В этом случае концентрация биогенов в локальной экосистеме мало отличается от концентрации во внешней среде.

Однако если эта малая величина превосходит порог чувствительности биоты, то сообщества, изменяющие концентрации биогенов в благоприятном направлении, приобретают преимущество и увеличивают свою конкурентоспособность. Остальные сообщества подвергаются естественному отбору.

Поэтому все однородные сообщества, занимающие большие территории земной поверхности, уменьшают или увеличивают концентрации биогенов по отношению к их концентрациям во внешней среде в одном и том же благоприятном для биоты направлении.

В результате возникает поток неорганических биогенов из внешней окружающей среды в локальные экосистемы, где увеличивается или уменьшается масса органического вещества.

Очевидно, что такие процессы будут продолжаться до тех пор, пока концентрация неорганического биогена во внешней среде не сравняется с благоприятной для биоты концентрацией.

В условиях ненарушенной биосферы круговороты различных биогенных элементов (С, N, P, O2 и др.) являются замкнутыми с высокой степенью точности; по данным В.Г. Горшкова (1995 г.) порядка 0,01%.

Биотическая регуляция – регуляция со сложнейшей программой, информация о которой должна быть записана в геномах видов естественного сообщества. Эта программа направлена на поддержание сообществами конкретной оптимальной окружающей среды.

Информация о характеристиках этой среды также записана в геномах видов. Если под воздействием случайных изменений внешних условий виды будут менять свою генетическую программу, оптимальной для них может стать другая, новая окружающая среда, что и составляет сущность адаптации.

Однако случайные изменения генома, связанные с адаптацией, не могут привести к появлению новой «осмысленной» программы, которая бы поддерживала в устойчивом состоянии новую окружающую среду.

Если же биота регулирует окружающую среду, то никаких неконтролируемых изменений среды произойти не может, и потребности в адаптации не возникает. Таким образом, адаптация исключает биотическую регуляцию и наоборот.

Геномы биологических видов содержат информацию не только о самих организациях, но и об оптимальных для них состояниях окружающей среды.

Как и всякий регулятор, биота может успешно выполнять регулятивную работу только при условии, что возмущающее воздействие на регулируемую систему не превосходит определённого предела.

За последнее столетие замкнутость нарушена. В.Г. Горшков (1995) считает, что окружающую среду может восстановить только сама биота, которая регулируется своей генетической программой.

После любых нарушений биоты (например, после вырубки лесов) происходит процесс её восстановления.

Так, на нарушенных территориях наблюдаются последовательные стадии смены различных видов (пород деревьев) до тех пор, пока не установится определённое сообщество растений, сохраняющее постоянство видов.

При отсутствии периодических возвращений к устойчивому состоянию теряется информация об оптимальной для видов окружающей среде, поддерживаемой коренными видами, и о последовательных стадиях приближения к этой среде.

Если бы произошла полная утрата такой информации и сохранились бы только самые «необходимые» для жизни человека виды определённой стадии или их искусственные генетические модификации, то необратимо разрушилась бы способность жизни к биотической регуляции окружающей среды.

Окружающая среда потеряла бы при этом устойчивость в глобальных масштабах.

Таким образом, биотическая регуляция окружающей среды – это не совокупность видов, приспосабливающихся к любым условиям окружающей среды, а механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, поддерживающих необходимую информацию.

Потенциал биотической регуляции, по мнению В.Г. Горшкова (1995) и В.И. Данилова–Данильяна (2000), достаточен для компенсации современных антропогенных воздействий на окружающую среду при условии существования естественной биоты на больших территориях.

Теория биотической регуляции окружающей среды позволяет сформулировать основную цель человечества для решения экологических проблем – сохранение и восстановление естественных экосистем в объёме, необходимом для поддержания устойчивости окружающей среды. А, зная цель, можно разработать стратегию развития и на каждом этапе использовать научно обоснованную тактику действий.

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/8x142e.html

Экология СПРАВОЧНИК

§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

Согласно первой концепции — традиционной — окружающая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни — способности к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся условиям среды.

По этой концепции — изменение окружающей среды под воздействием человека — это определенный этап естественного эволюционного процесса — превращения биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие — генетический ресурс человека, который следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных банках.

[ …]

По мнению указанных выше авторов, в традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограничения на численность популяций биологических видов (в том числе, человека), а также причины образования естественных сообществ, устойчивость сообществ и их среды обитания.[ …]

Во второй концепции (Горшков и др., 1999) основная роль отводится биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах.

В случае прекращения регулирующего воздействия биоты, физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс.

лет) в такое состояние, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна (хотя, в соответствии с условиями окружающей среды на этих планетах, это состояние является устойчивым).[ …]

При переходе окружающей среды в новое состояние (например, изменение восстановительной атмосферы на окислительную) обязательно происходит существенная перестройка биоты.

Но перестройка осуществляется без потери биотой способности предотвращать переход среды в состояние, непригодное для существования любой биоты.

Это связано с тем, что существует несколько различных условий окружающей среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота способна перебирать все приемлемые для жизни условия.[ …]

Жизнь на Земле существует около 4 млрд лет, причем альтернативность вышеописанных концепций сохраняется на протяжении всего этого периода. Но за этот период изменился диапазон условий, пригодных для жизни, от локальных до глобальных масштабов. Это значит, что жизнь все это время активно изменяла окружающую среду в благоприятном для себя направлении, т.е.

биотическая регуляция среды имела место с самого момента возникновения жизни. Таким образом, жизнь, используя солнечную энергию, по мнению В.Г. Горшкова (1995), преобразует окружающую среду на основе динамических круговоротов веществ, потоки которых на много порядков превышают потоки разрушения окружающей среды.

Этот механизм и был назван «биотической регуляцией окружающей среды» (Данилов-Дани-льян, Лосев, 2000).[ …]

Биотическая регуляция исключает адаптацию и наоборот. Адаптационные процессы связываются со способностью выживания организмов в определенных условиях, а если условия не меняются — нет и адаптации.

При отсутствии адаптации биоты к искаженным условиям среды, разрушение биотической регуляции обратимо.

После прекращения антропогенного возмущения происходит восстановление аборигенных сообществ, содержащих правильную информацию о нормальных условиях среды и способах их регуляции путем сукцессионных процессов.[ …]

Таким образом, указанные выше авторы считают, что биотическая регуляция окружающей среды — это механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, содержащих необходимую для управления средой генетическую информацию. Возможность выживания человечества состоит в восстановлении естественной биоты на территориях, достаточных для сохранения ее способности к регуляции окружающей среды в глобальных масштабах.[ …]

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) — высшая стадия развития биосферы. Это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития.[ …]

Почему возникло понятие «ноосфера»? Оно появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Непреходящая ценность учения В.И.

Вернадского о ноосфере именно в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу.

Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве (пока «ближний» космос). Вся эта среда весьма существенно изменяется человеком, благодаря его труду.

Он способен перестроить ее согласно своим представлениям и потребностям, изменить фактически ту биосферу, которая складывалась в течение всей геологической истории Земли.[ …]

Эти гениальные мысли В.И. Вернадского позволили ряду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в эволюции биосферы, как коэволюцию между человеческим обществом и природной средой, в результате чего и возникнет ноосфера благодаря новым формам действия живого вещества на биохимический круговорот веществ, меняющая коренным образом облик и строение биосферы.[ …]

Источник: https://ru-ecology.info/post/102752600070009/

О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропо­генном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения био­логического разнообразия.

Отсюда очевидно, что экологичес­кие условия есть продукт взаимодействия биоты и окружаю­щей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные методологические подхо­ды к сохранению или даже улучшению экологической обста­новки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального.

Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В. И. Данилов-Данильян и др. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в эко­логической науке известны две основные концепции взаимо­действия биоты и окружающей ее среды.

Согласно первой концепции — традиционной — окружаю­щая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни — способности к эволюции и непрерывной адаптации к ме­няющимся условиям среды. При этом любые виды организ­мов, способные адаптироваться к окружающей среде и произ­водить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту.

Согласно традиционной концепции — изменение окружа­ющей среды под воздействием человека — это определенный этап естественного эволюционного процесса — превращения биосферы в новую глобальную биосистему, а природное био­разнообразие — генетический ресурс человека, который сле­дует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных бан­ках. При этом безостановочный экономический рост возмо­жен лишь за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы.

По мнению В. В. Горшкова и др. (1999), в традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограни­чения на численность популяций биологических видов (в том числе человека), а также причины образования естественных сообществ, устойчивость сообществ и их среды обитания.

Во второй концепции основная роль отводится биотичес­кой регуляции окружающей среды.

Биота Земли рассматри­вается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и гло­бальных масштабах.

В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое со­стояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невоз­можна.

В этой концепции главным свойством жизни считается способность видов к поддержанию тех условий окружающей среды, которые пригодны для существования биоты на лю­бом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной адаптации к изменяющимся условиям этой среды.

Биотичес­кая регуляция окружающей среды возможна в результате скореллированного взаимодействия между организмами и сре­дой, которая подобна скореллированности клеток и органов внутри многоклеточного организма. Работу по обеспечению поддержания окружающей среды выполняют виды с оптималь­ной, а не с максимальной численностью.

Именно они образу­ют сообщества и составляют земную биоту, обеспечивая ста­ционарность численности особей, регулярность популяцион- ных колебаний видов и предотвращают популяционные взры­вы, разрушающие сообщества.

Переход любого вида к произ­водству максимального количества потомков относится к ге­нетическому отклонению от нормы, и они немедленно вытес­няются из популяции. Механизм отбора в этом случае — кон­курентное взаимодействие однородных сообществ.

При переходе окружающей среды в новое состояние (на­пример, изменение восстановительной атмосферы на окисли­тельную) обязательно происходит существенная перестройка биоты.

Но перестройка осуществляется без потери биотой спо­собности предотвращать переход среды в состояние, непри­годное для существования любой биоты.

Это связано с тем, что существует несколько различных условий окружающей среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота спо­собна перебирать все приемлемые для жизни условия.

Жизнь на Земле существует около 4 млрд. лет, причем альтернативность вышеописанных концепций сохраняется на протяжении всего этого периода.

Но за этот период изменил­ся диапазон условий, пригодных для жизни, от локальных до глобальных масштабов. Это значит, что жизнь все это время активно изменяла окружающую среду в благоприятном для себя направлении, т. е.

биотическая регуляция среды имела место с самого момента возникновения жизни.

Существование биотической регуляции окружающей сре­ды доказывается рядом факторов, важнейшими из которых являются следующие (Горшков и др., 1999):

1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в атмосферу с огромной точностью соответствуют содержанию органического углерода в осадочных породах, что обеспечи­вает практически постоянное содержание неорганического уг­лерода в атмосфере в течение сотен миллионов лет.

2. Концентрации биогенных элементов (С, 14, Р, О,) в оке­ане сформированы и поддерживаются биотой, о чем свиде­тельствует отношение С/Ы/Р/О,, совпадающее с таковым при синтезе органического вещества.

3. Круговорот воды на суше также определяется биотой, так как 2/3 осадков связано с испарением воды на суше, в котором доминирующая роль принадлежит биоте.

4. Не затронутая деятельностью человека биота океана по­глощает избыток диоксида углерода, выбрасываемого в ат­мосферу человеком, т. е. действует в соответствии с отрица­тельными обратными связями, в то время как измененная человеком биота суши утратила эту способность.

5. Биотой океана поддерживается концентрация диоксида углерода в океане в три раза меньше, чем если бы ее воздей­ствие отсутствовало, так как потеря неорганического углеро­да океаном в атмосферу компенсируется поступлением в оке­ан органического углерода.

Биотическая регуляция исключает адаптацию, и наобо­рот. Адаптационные процессы связываются со способнос­тью выживания организмов в определенных условиях, а если условия не меняются — нет и адаптации.

При отсут­ствии адаптации биоты к искаженным условиям среды раз­рушение биотической регуляции обратимо.

После прекра­щения антропогенного возмущения происходит восстанов­ление аборигенных сообществ, содержащих правильную информацию о нормальных условиях среды и способах их регуляции путем уже описанных выше сукцессионных про­цессов (см. гл. 5, § 6).

Таким образом, биотическая регуляция окружающей сре­ды — это механизм управления окружающей средой, осно­ванный на отобранных в процессе эволюции видах, содержа­щих необходимую для управления средой генетическую ин­формацию.

Возможность выживания человечества состоит в восстановлении естественной биоты на территориях, доста­точных для сохранения ее способности к регуляции окружаю­щей среды в глобальных масштабах.

Главной экологической задачей человечества должно считаться сохранение естествен­ной биоты на Земле, которое должно сопровождаться полным прекращением дальнейшего освоения естественной биоты оке­ана и ее восстановлением на значительной освоенной части суши.

Ряд ученых считают, например, что условием сохране­ния естественного биоразнообразия, обеспечивающего устой­чивость биосферы, является расширение площади заповедни­ков до 30% от всей территории, а общая природоохраняемая территория должна составлять (вместе с заповедниками) 85%.

Человек, став мощным геологическим фактором, оказы­вает глобальное воздействие на биосферу.

Биосфера, со сво­ей стороны, через свои экологические законы, которые он вынужден соблюдать, чтобы выжить, в том числе и закон о биотической регуляции окружающей среды, воздействует на человека.

Создаются условия, очень напоминающие сопря­женную эволюцию или коэволюцию «человек—биосфера». Продуктом такой коэволюции может стать так называемая «ноосфера», т. е. сфера разума.

§ 4. Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) — выс­шая стадия развития биосферы. Это «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человече­ская деятельность становится главным, определяющим фак­тором развития» .

Почему возникло понятие «ноосфера»? Оно появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Непре­ходящая ценность учения В. И.

Вернадского о ноосфере именно в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого ве­щества в планетарных процессах, в создании и развитии био­сферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу.

Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохи­мических и других процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве (пока «ближний» кос­мос). Вся эта среда весьма существенно изменяется челове­ком благодаря его труду.

Он способен перестроить ее соглас­но своим представлениям и потребностям, изменить факти­чески ту биосферу, которая складывалась в течение всей гео­логической истории Земли.

В. И.

Вернадский писал, что становление ноосферы «есть не случайное явление на нашей планете», «создание свобод­ного разума», «человеческого гения», а «природное явление, резко материально проявляющееся в своих следствиях в окру­жающей человека среде» (Размышления натуралиста, 1975). Иными словами, ноосфера — окружающая человека среда, в которой природные процессы обмена веществ и энергии кон­тролируются обществом.

Человек, по мнению В. И. Вернадского, является частью биосферы, ее «определенной функцией».

Подчеркивая тесную связь человека и природы, он допускал, что предпосылки воз­никновения человеческого разума имели место еще во време­на животных, предшественников Номо сапис, и проявление его началось миллионы лет назад, в конце третичного перио­да. Но как новая геологическая сила смог проявить себя толь­ко человек.

Воздействие человеческого общества как единого целого на природу по своему характеру резко отличается от воздей­ствий других форм живого вещества. В. И.

Вернадский пи­сал: «Раньше организмы влияли на историю тех атомов, ко­торые были нужны им для роста, размножения, питания, ды­хания.

Человек расширил этот круг, влияя на элементы, нуж­ные для техники и создания цивилизованных форм жизни», что и изменило «вечный бег геохимических циклов» (Размыш­ления натуралиста. Кн. 2, 1977).

Эти гениальные мысли В. И.

Вернадского позволили ря­ду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в эволюции биосферы, как коэволюцию между человеческим обществом и природной средой, в результате чего и возник­нет ноосфера, но это будет происходить благодаря «новым фор­мам действия живого вещества на обмен атомов живого ве­щества с косной материей». Он считал, что «геологически мы переживаем сейчас выделение в биосфере царства разума, ме­няющего коренным образом и ее облик, и ее строение, — ноо­сферы».

Анализируя представления В. И. Вернадского о ноосфере, Э. В.

Гирусов (1986) высказал мнение, что ломка развития че­ловеческой деятельности должна идти не вопреки, а в унисон с организованностью биосферы, ибо человечество, образуя ноо­сферу, всеми своими корнями связано с биосферой.

Ноосфе­ра — естественное и необходимое следствие человеческих уси­лий. Это преобразованная людьми биосфера соответственно по­знанным и практически освоенным законам ее строения и раз­вития.

Рассматривая такое развитие биосферы в ноосферу с по­зиций системного подхода, можно заключить, что ноосфера — это новое состояние некоторой глобальной суперсистемы как совокупности трех мощных подсистем: «человек», «производ­ство» и «природа», как трех взаимосвязанных элементов при активной роли подсистемы «человек» (Прудников, 1990).

Становление ноосферы, по В. И.

Вернадскому, — процесс длительный, но ряд ученых полагают, что человечество уже вступило в период ноосферы, хотя многие считают, что пока об этом говорить рано, так как то, что сейчас происходит во взаимодействии человека и природы, трудно увязать с наступ­лением эпохи разума. Тем не менее прогресс человеческого ра­зума и научной мысли ноосферы налицо: они вышли уже за пределы биосферы Земли, в космос и глубины литосферы (сверхглубокая Кольская скважина). По мнению многих уче­ных, ноосфера в будущем станет особой областью Солнечной системы. «Биосфера перейдет так или иначе, рано или поздно в ноосферу… На определенном этапе развития человек вынуж­ден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего», — утверждал В. И. Вернадский.

ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Люди повинуются законам природы, даже ко­гда действуют против них.

И. В. Гёте

Предыдущая12345678Следующая

Дата добавления: 2015-11-06; просмотров: 1636; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/5-98057.html

Обзорная статья по биотической регуляции

§ 3. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду
Горшков В.Г., Макарьева А.М., Горшков В.В. (2004) Пересматривая основы экологического знания: взаимодействие биоты и окружающей среды. Ecological Complexity, 1, 17-36. [на англ. яз.] PDF

Примечание: статья была опубликована до описания лесного насоса атмосферной влаги. Перевод на русский язык выполнен авторами.

Аннотация1. Введение2. Природа устойчивости окружающей среды на Земле2.1. Окружающая среда под воздействием биоты2.2. Окружающая среда под воздействием физико-химических процессов2.3. Физическая неустойчивость климата с жидкой гидросферой3. Свойства жизни, делающие биотическую регуляцию возможной3.1. Экологическое сообщество3.2. Упорядоченность живых систем: что делает живую материю живой3.3. Невозможность биотической регуляции в глобально скоррелированной биоте (Гея)3.4. Невозможность технологического управления окружающей средой4. Механизм биотической регуляции4.1. Локально и глобально накапливаемые (регулируемые) биогены4.2. Примеры глобально накапливаемых и ненакапливаемых биогенов: атмосферный углерод и кислород4.3. Локальные экологические сообщества, крупные животные и лесная сукцессия5. Обсуждение: необходимость пересмотра научных парадигм6. ЗаключениеЦитированная литература

Аннотация

содержание :: следующий раздел

Основы экологической науки были заложены в то время, когда проблема возможной утраты локальной и глобальной устойчивости окружающей среды была не настолько острой, как сегодня.

Чтобы убедиться, что предлагаемые научные подходы к решению этой проблемы заслуживают доверия, полезно провести ревизию существующих парадигм экологического мышления.

В этой статье мы приводим данные, согласно которым сколько-нибудь продолжительное существование приемлемой для жизни окружающей среды возможно только в том случае, когда значительная часть поверхности планеты занята естественными экосистемами, не затронутыми деятельностью человека.

Как только естественный биотический механизм управления окружающей средой оказывается разрушенным, окружающая среда как в локальном, так и в глобальном масштабах быстро (за времена порядка сотни лет) деградирует до непригодного для жизни состояния.

Это происходит даже в том случае, когда прямое воздействие человека на окружающую среду (типа индустриальных загрязнений) отсутствует.

Поэтому необходимо количественно оценить стабилизирующее воздействие естественных экосистем и определить необходимую и достаточную величину площади земной поверхности, на которой должна быть запрещена хозяйственная деятельность и которая должна быть занята естественными экосистемами, с тем чтобы последние обладали достаточной мощностью для поддержания глобальной окружающей среды в устойчивом пригодном для жизни состоянии. Эта неотложная задача является важнейшей в современной науке. В статье обсуждается, как предложенный концептуальный подход к рассмотрению взаимодействия биоты и окружающей среды соотносится с основными парадигмами традиционной биологии.

1. Введение

предыдущий раздел :: содержание :: следующий раздел

Экологические проблемы человечества возникли относительно недавно.

Пока общая численность населения планеты была невелика, разрушительное воздействие человека на глобальную окружающую среду оставалось пренебрежимо малым.

В локальном масштабе, как только местная окружающая среда деградировала до непригодного для жизни состояния, можно было переместиться в другое место и занять территорию, еще не нарушенную деятельностью человека.

На современной Земле численность населения столь высока, что воздействие индустриальной и сельскохозяйственной деятельности человека на окружающую среду приобрело глобальные масштабы.

Люди заняли большую часть пригодных для жизни территорий, поэтому от локального разрушения окружающей среды спасаться уже негде. Актуальной стала задача сохранения локальной и глобальной окружающей среды в пригодном для жизни человека состоянии.

Насколько готовой к решению этой задачи оказалась естественная наука?

Современные представления человека об окружающей среде и, в частности, об окружающей его живой природе восходят к первым наблюдениям первобытных охотников, собирателей, скотоводов и земледельцев.

В течение большей части истории человечества экология, как и все другие отрасли биологической науки, преимущественно решала задачу добычи пропитания и одежды для человека.

Поскольку проблемы поддержания нормальной окружающей среды не существовало, научное знание строилось на основе тех наблюдений, которые позволяли достичь наиболее эффективной эксплуатации биосферы для удовлетворения потребности человека в еде, одежде, жилье.

Вопросов типа “Почему пригодные для жизни человека условия окружающей среды остаются таковыми в течение длительного времени?” не возникало. Постоянство благоприятных для жизни человека значений параметров окружающей среды, таких, как среднегодовая температура, режим осадков, биологическая продуктивность, газовый состав атмосферы воспринималось как нечто само собой разумеющееся, сравнимое с постоянством гравитационного поля Земли.

Глобальная численность населения, а вместе с ней и величина антропогенного воздействия на окружающую среду, растут экспоненциально. При экспоненциальном росте любые изменения носят резкий, скачкообразный характер.

Лишь совсем недавно перед естественными науками встала задача поиска рецептов обеспечения устойчивости окружающей среды.

Поэтому, несмотря на то, что эта задача принципиально новая и беспрецедентная, попытки ее решения базируются на старых парадигмах, так как не было времени не только для их пересмотра, но и для осознания его необходимости.

Считается, что главной экологической проблемой человечества является проблема борьбы с крупномасштабными загрязнениями окружающей среды, как, например, атмосферные выбросы углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива или отравление воды и почвы отходами промышленного производства.

По-прежнему предполагается, что как только проблема загрязнений будет решена (как очевидное логическое решение здесь предлагается переход к безотходным технологиям и 'экологически чистым' источникам энергии), исчезнут основания ожидать каких-либо экологических катаклизмов.

Окружающая среда по-прежнему будет оставаться пригодной для жизни 'сама по себе', как это якобы было и раньше.

В этой статье мы показываем, что подобный подход к экологическим проблемам угрожает существованию жизни. Мы пересматриваем логические принципы, формирующие существующую научную основу этого подхода.

Мы представляем количественные данные, которые однозначно указывают на то, что сколько-нибудь длительное существование пригодной для жизни человека окружающей среды возможно только до тех пор, пока значительная часть планеты занята естественными экосистемами, не затронутыми деятельностью человека.

Поддержание пригодной для жизни человека окружающей среды есть результат функционирования естественной биоты.

Как только естественный биотический механизм управления состоянием окружающей среды будет разрушен в глобальном масштабе, окружающая среда быстро (за промежутки времени, не превышающие сотни лет) деградирует до состояния, несовместимого с существованием жизни, как в локальном, так и в глобальном масштабе.

Количественный научный анализ стабилизирующего потенциала естественной биоты является, таким образом, необходимым шагом к обеспечению устойчивости окружающей среды.

Такой анализ позволит определить размер территорий, которые должны быть изъяты из хозяйственной деятельности человека и возвращены естественным экосистемам, чтобы глобальная мощность регулирующего воздействия естественной биоты оказалась достаточной для поддержания глобальной окружающей среды в устойчивом пригодном для жизни состоянии. То, что сегодня мы являемся свидетелями глобальных процессов деградации естественных систем жизнеобеспечения и условий окружающей среды (Steffen et al., 2003), показывает, что современная регуляторная мощность еще остающихся естественных экосистем на суше и в океане уже недостаточна для выполнения этой задачи.

Во втором разделе мы показываем, что существование биотической регуляции окружающей среды однозначно следует из количественного рассмотрения основных составляющих, определяющих состояние окружающей среды, как то запасы используемых жизнью химических элементов в органической и неорганической форме, глобальная мощность процессов биохимического синтеза и разложения, характерные величины флуктуаций состояния окружающей среды. В качестве дополнительного аргумента в пользу существования биотической регуляции окружающей среды мы рассматриваем проблему физической неустойчивости подобного земному климата с жидкой гидросферой.

В третьем разделе мы обсуждаем фундаментальные свойства жизни, которые обуславливают возможность биотической регуляции. Мы показываем, что различие между уровнями организации живых систем и открытых динамических физических систем, 'самоорганизованных' за счет внешних потоков энергии, превосходит 20 порядков величины.

Поэтому, так как потоки свободной энергии в окружающей среде оказываются практически неупорядоченными по сравнению с живыми системами, упорядоченность жизни не может поддерживаться никакими физическими процессами.

Чтобы скомпенсировать спонтанный распад высокоорганизованного состояния жизни, живая материя должна быть разделена на достаточно большое число однородных объектов (особей), между которыми включено конкурентное взаимодействие.

Как только уровень упорядоченности отдельной особи уменьшается на величину, превышающую чувствительность конкурентного взаимодействия, такая особь теряет конкурентоспособность и заменяется копией нормального объекта (особи), сохраняющего первоначальный высокий уровень упорядоченности.

Такой механизм поддержания упорядоченности уникален для живой материи и отличает ее от неживой природы. Отсюда следует, что ни один внутренне скоррелированный живой объект не может существовать в единственном числе.

Биотическая регуляция глобальных условий окружающей среды осуществляется, таким образом, большим числом операционных единиц, каждая из которых имеет относительно малый размер. Мы обсуждаем природу таких единиц (локальных экосистем) и показываем, что они представлены отдельными деревьями и скоррелированной с ними локальной почвенной и надпочвенной биотой (бактерии, грибы, подлесок, мелкие беспозвоночные).

Мощность физических потоков многих жизненно важных химических элементов, например, атмосферного углерода и кислорода, существенно превышает мощность биохимических процессов синтеза и разложения.

В четвертом разделе мы обсуждаем условия, при которых биотическая регуляция глобальных концентраций таких элементов локальными функционирующими единицами (локальными экосистемами) является возможной.

Мы вводим понятия локально и глобально накапливаемых биогенов и иллюстрируем их на примерах почвенного фосфора, атмосферного углерода и кислорода.

В пятом разделе мы показываем, что пересмотр существующих биологических парадигм, описывающих взаимодействие жизни и окружающей среды, является необходимым условием обращения спонтанного движения современной цивилизации к глобальному экологическому коллапсу.

2.1. Окружающая среда под воздействием биоты

предыдущий раздел :: содержание :: следующий раздел

Окружающая среда определяется как трехмерная область, в которой обитают живые организмы. Окружающая среда пригодна для жизни в достаточно узких пределах изменения ее характеристик — температуры, химического состава воздуха воды, почвы.

Жизнь основана на биохимических реакциях, преобразующих неорганические вещества окружающей среды в органические и обратно.

Мощность биохимических потоков синтеза или разложения органических веществ в естественной биоте — флоре и фауне — такова, что при отсутствии жесткой связи между синтезом и разложением окружающая среда за времена порядка десятков лет могла бы полностью измениться и перейти в непригодное для жизни состояние.

Проиллюстрируем сказанное на следующем экологически важном примере. Глобальный запас атмосферного углерода составляет величину порядка M− ~ 103 Гт C (Degens et al., 1984; Holmen, 1992) (1 Гт = 109 тонн).

Среднеглобальные скорости биохимического синтеза P+ и разложения P– известны с точностью до порядка величины и составляют P+ ~ P− ~ 102 Гт C год−1 (Whittaker and ns, 1975; Holmen, 1992).

Если бы процессы синтеза и разложения были бы нескоррелированными и совпадали бы, например, лишь по порядку величины, их относительная разность была бы порядка единицы, |P+ − P−1|/P± ~ 1.

В таком случае, если бы скорость синтеза превышала синтез разложения, P+ >P−, глобальная биота израсходовала бы весь запас атмосферного углерода за промежуток времени порядка M−/P+ ~ 10 лет, в результате чего дальнейший фотосинтез, и, следовательно, жизнь на Земле, стали бы невозможными.

Запас органического углерода в биосфере (живая биомасса, гумус и растворенное органическое вещество океана) имеет тот же порядок величины, M− ~ 103 Гт C (Degens et al., 1984; Holmen, 1992). Если бы скорость разложения превышала бы скорость синтеза, глобальная биота могла бы полностью самоуничтожиться столь же быстро, M+/P− ~ 10 лет. То есть, за промежуток времени на восемь порядков величины меньший, чем время существования жизни (Hayes, 1996; van Zuilen et al., 2002), и в 105–106 раз меньший, чем среднее время существования отдельного биологического вида (Stanley, 1979).

Может показаться, что для того, чтобы окружающая среда оставалась пригодной для жизни в течение длительного времени, необходимо точное совпадение между средними скоростями синтеза и разложения.

Это предполагаемое свойство живых систем обычно называется замкнутостью естественных биохимических круговоротов.

Напротив, технологические процессы синтеза и разложения различных продуктов цивилизации явно нескоррелированы между собой и не компенсируют друг друга, приводя, таким образом, к загрязнению окружающей среды и другим негативным явлениям.

Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что полная замкнутость биохимических круговоротов, т.е. полное отключение жизни от воздействия на окружающую среду, физически неосуществима.

Математически, полная замкнутость круговоротов означала бы точное равенство всех значащих цифр в величинах синтеза и разложения органических веществ.

Однако синтез и разложение органических веществ представляют собой различные биохимические процессы, производимые, в основном, различными организмами биоты Земли при различных условиях окружающей среды (температура, влажность и т.п.).

Характерные глобальные значения величин P+ и P− определяются видовыми морфологическими характеристиками, плотностью численности и общим числом гетеротрофных и аутотрофных видов, населяющих Землю. Очевидно, что средние значения P+ и P− не могут совпадать с бесконечной точностью.

Чтобы сделать это утверждение наглядным, можно сравнить скорости биохимического синтеза и разложения со скоростями производства и потребления товаров в человеческом обществе. В этом случае запас органического углерода в окружающей среде можно сравнить с запасом товаров на прилавках магазинов.

Как хорошо известно, основная задача плановой экономики социалистических стран состояла в том, чтобы посредством планирования уровнять скорости продукции и потребления товаров и тем самым удовлетворить потребности населения путем поддержания количества необходимых товаров на оптимальном уровне Mopt.

Как известно, подобные попытки оказались неуспешными.

Отличительной чертой плановой экономики является постоянное наличие либо перепроизводства каких-либо товаров, M+ >>Mopt, либо их дефицита, M+ >P, биота не способна поддерживать большую относительную разность концентраций биогена X внутри и вне области функционирования жизни.

В этом случае максимальная относительная разность концентраций ε ≡ ([X]in − [X]out)/[X]in, которую может поддержать локальная биота, находится из условия, что чистый физический поток биогена X, обусловленной этой разницей, равен по мощности биотической продуктивности:

P = F = ([X]in − [X]out)D/L = ε Fout,        (4)

ε = P/Fout,   ε > εb.

Если относительная разность ε между [X]in и [X]out, поддерживаемая биотой, см.

(4) и (5), превышает чувствительность биоты εb, ε ≥ εb, все локальные экологические сообщества, которые осуществляют это небольшое, но существенное изменение [X]in по направлению к [X]opt, окажутся в окружающей среде, которая будет ненамного, но существенно лучше, чем окружающая среда тех сообществ, которые такого направленного изменения осуществлять не будут. Поэтому для поддержания равной конкурентоспособности все однородные сообщества должны поддерживать одну и ту же разность концентраций Δ[X] как по знаку, так и по величине. Это может быть достигнуто путем перевода поступающего в экосистему неорганического биогена в неактивную органическую форму.

Если общая площадь, занимаемая такими сообществами, достаточно велика, то возникнет глобально значимый физический поток биогена X в рассматриваемую область функционирования жизни (или из нее, если [X]out < [X]opt).

Очевидно, что этот поток будет существовать до тех пор, пока концентрации вне сообщества [X]out и внутри него [X]in не сравняются друг с другом с точностью до чувствительности биоты εb, т.е. глобальная концентрация биогена X во внешней среде [X]out не достигнет благоприятного для биоты значения.

Естественно называть биогены, для которых P [CO2]opt. Большие стрелки: валовые потоки физического перемешивания (ветер), которые стремятся выровнять концентрации [CO2] в соседних локальных экосистемах.

Средние стрелки: потоки биохимического синтеза и разложения, которые стремятся уменьшить локальную концентрацию [CO2]in в направлении оптимума. Самая маленькая стрелка (темная): результирующий чистый поток отложения органического углерода в неактивном резервуаре.

Если же условие ε ≥ εb не выполняется, улучшение окружающей среды в результате биотических процессов оказывается слишком незначительным для того, чтобы биота его почувствовала.

В этом случае те локальные экологические сообщества, которые осуществляют регулирующее изменение концентраций и те, которые этого не делают, будут в одинаковых условиях. Поэтому биотическая регуляция биогенов, для которых ε ≤ εb, невозможна.

Такие биогены могут быть названы биотически ненакапливаемыми (нерегулируемыми). Концентрации биотические ненакапливаемых биогенов могут произвольно меняться в неблагоприятных для биоты направлениях, достигая, в конечном счете, величин, неприемлемых для существования жизни.

Это означает, что в глобальном масштабе таких биогенов нет, т.е. нет жизненно важных химических элементов, не находящихся под биотическим контролем.

Биотически нерегулируемые биогены могут существовать локально или в ограниченные промежутки времени. Например, биогены, не регулируемые локальной биотой, могут существовать в быстрых водных потоках, а также во время штормов и ураганов. В этих условиях величины валовых физических потоков Fin и Fout слишком велики, а соответствующие значения ε слишком малы, ε

Источник: https://www.bioticregulation.ru/common/pdf/bioreg/bioreg.php

Book for ucheba
Добавить комментарий