видовая структура экосистемы

Видовая структура экосистемы

 

Со структурой экологических ниш данной экосистемы тесно связана ее видовая структура, под которой понимается количество видов, образующих экосистему и соотношение их численностей.

Виды, преобладающие по численности особей, имеющие наибольшую значимость для экосистемы, называются доминирующими видами, или доминантами (от латинского слова доминантис - господствующий). Наряду с доминантами в экосистемах выделяют виды-эдификаторы (от латинского слова эдификатор - строитель), которые являются основными строителями среды. Обычно доминирующий вид является одновременно и эдификатором, в наших лесах это обычно ель (еловый лес), сосна (сосновый лес), береза (березовый лес) и т.п. Наряду с многочисленностью деревьев этих видов в соответствующих лесах, они еще определенным образом организуют среду для существования других организмов. Так в еловых лесах почва сильно затемнена и обладает повышенной кислотностью, это во многом определяет видовую структуру елового леса. В то же время под пологом леса может доминировать черника или кислица, которые не являются существенными эдификаторами, но хорошо характеризуют особенности условий в данной экосистеме, в частности степень увлажнения, плодородие почвы и т.д. Поэтому данные виды называют еще индикаторами. По растениям-эдификаторам и растениям-индикаторам называют биогеоценозы, например, ельник-кисличник (кислица указывает на оптимальное увлажнение и богатые почвы), ельник-черничник (менее богатые почвы и несколько избыточное увлажнение), ельник сфагновый (избыточное увлажнение, недостаток минеральных веществ и кислорода в почве) и т.д.

Важнейшим показателем видовой структуры экосистемы является видовое разнообразие. От видового разнообразия зависит, например, насколько успешно будут заполнены все экологические ниши данной экосистемы. Однако количество экологических ниш, как правило, гораздо больше, чем количество видов, населяющих данную экосистему. Как уже отмечалось, многие виды на разных стадиях жизненного цикла занимают разные экологические ниши. Поэтому для экологического разнообразия важно не столько количество видов, сколько видовое богатство, в которое помимо количества видов целесообразно включить еще и количество разных жизненных фаз внутри каждого вида. Кроме этого, нужно учесть еще и генетическое разнообразие, то есть генетическую изменчивость видов, без которой они оказались бы неспособными адаптироваться к изменяющейся среде. Большое значение для заполнения экологических ниш имеет и “поведенческое разнообразие”, зависящее от сложности организации организмов, их способности формировать в природе разного рода структуры (строить гнезда, объединяться в стаи, формировать симбиозы и т.п.), гибкости их инстинктов и уровня их психического развития (для высокоорганизованных животных), от наличия разума (достаточно вспомнить, что человек заполняет собой все большее количество экологических ниш). Все вместе это можно обозначить одним термином - экологическое разнообразие.

Если не принимать в расчет деятельность человека, то можно отметить, что экологическое разнообразие повышает устойчивость экосистем к воздействию неблагоприятных факторов среды. Например, видовое разнообразие обеспечивает дублирование разных функций. Так вид, представленный в данной экосистеме единицами особей, способен в случае гибели широко представленных видов резко увеличить свою численность и занять освободившиеся экологические ниши, сохранив жизнь экосистеме в целом. Этому значительно способствует генетическое разнообразие.

Деятельность человека также способствовала бы устойчивости экосистем, если бы он не возгордился, и не противопоставил себя природе. Присутствие разума дало бы экосистеме защиту даже от таких фатальных разрушителей, как верховые пожары, иногда полностью уничтожающие экосистемы, сопровождая это уничтожение сильной эрозией почвы. Человек, по-видимому, призван был быть мудрым правителем, потому-то природа, наделив его огромной силой, не сделала его хищником. Человек, в принципе, может жить в гармонии с природой, практически ничего от нее не требуя. Об этом свидетельствует опыт подвижников самых разных религиозных направлений. И вовсе не “золотой миллиард” способна прокормить Земля, а гораздо больше. Только не людей с такими запросами, как наши. Видно что-то не получилось в замысле природы. Или мы пока еще не выросли, и природа, как терпеливая мать, отдает нам все, приносит себя в жертву, в надежде на то, что когда мы созреем, отточим свой ум на собственных ошибках, тогда с избытком вернем ей свою благодарность. Ведь самое главное наше достояние - это способность отдавать тепло своих сердец тем, кто в этом нуждается. И тогда мы не только восстановим, но и приумножим жизнь на планете.

Пока же мы, наоборот, обедняем видовое разнообразие природы. Это всегда приносило человеку кратковременную выгоду. Например, наши предки выжигали целые леса, оставляя вместо древней экосистемы с богатым разнообразием голую равнину, богатую минеральными веществами, на которой ускоренными темпами начинает зарождаться новая экосистема. Но человек направлял этот процесс по-своему, засевая только семена конкретной монокультуры. Природа пыталась увеличить разнообразие, и вместе с данной монокультурой на свет появлялось разнотравье, но человек всячески боролся с этими “сорняками”, поддерживая бедноту разнообразия, потому что это позволяло получить гораздо большие урожаи.

Подобные антропогенные воздействия на природу, сопровождающиеся снижением разнообразия видов, особенно сильны в наше время. Помимо непосредственного отстрела животных, промысла рыб, рубки деревьев, каждый год из природы “изымается” огромное количество площадей под дороги, города, рудники и т.п. к этому можно добавить и то, что многие земли после «интенсивного сельского хозяйства» становятся пустынями. Все это способствует уменьшению разнообразия, так что количество видов растений и животных неуклонно сокращается прогрессирующими темпами.

В природе разнообразие видов накапливается за тысячи и даже миллионы лет. Огромную роль в видообразовании играют экологические ниши. Замечено, что видовое разнообразие в данной экосистеме зависит от ее возраста. По мере развития экосистемы видовое разнообразие сначала увеличивается, но после достижения зрелости системы оно стабилизируется или даже уменьшается. Однако подобная динамика характерна в основном для северных лесов и учитывает лишь относительно короткие периоды времени (в пределах 100-200 лет). Девственные районы северных лесов, например сибирской тайги, также не показательны, потому что суровые климатические условия значительно сдерживают экспансию жизни. Наиболее богаты видами тропические районы планеты. Именно здесь, в наиболее благоприятных для жизни и относительно стабильных условиях, сформировалось наибольшее количество видов планеты. Достаточно сказать, что практически все высшие животные нашей средней полосы имеют африканское происхождение.

Как уже отмечалось, каждая отдельная особь в экосистеме находится под двойным давлением: межвидовая конкуренция способствует сужению экологической ниши, а внутривидовая конкуренция давит в обратном направлении, заставляя данный вид расширять свое жизненное пространство. Так как все экологические ниши уже заняты, то единственный выход - “пойти туда, не знаю куда, и найти то, не знаю что”. Другими словами, для снятия противоречия нужно создать новую экологическую нишу с заранее неизвестными параметрами, например найти новый источник пищи. Но его не существует, так как иначе это говорило бы о наличии свободной экологической ниши, чего в девственной природе практически никогда не бывает. На помощь приходит механизм генетической изменчивости видов. Например, спасаясь от давления консументов, автотрофы вынуждены “изобретать” новые способы защиты. Когда это удается, то прессинг со стороны консументов ослабевает, и “новорожденный” вид приобретает некоторое преимущество перед близкородственными видами, поэтому он несколько теснит конкурентов, высвобождая для себя жизненное пространство. Иногда удается отвоевать достаточно много, может быть, даже поставив экосистему на грань потери устойчивости. Однако механизмы изменчивости консументов рано или поздно “нащупают” слабое место нового вида и дадут начало соответствующему виду консументов, вернув в прежнее русло равновесие в среде автотрофов. Все эти изменения постепенно пройдут по всей пищевой цепи, давая начало целой группе новых видов.

Конечно, это только один из возможных примеров. Аналогичные изменения могут возникнуть, например, при внедрении в экосистему какого-то вида из других экосистем, решающего свои внутривидовые проблемы путем миграции, если ему удается потеснить “родные” виды данной экосистемы. К подобным последствиям приводит и деятельность человека, типичным примером является история с кроликами, завезенными в Австралию. Правда, здесь роль хищника взял на себя человек, не дожидаясь, пока природа сама расставит все по местам. Многие “взрывы” видообразования приурочены к всевозможным потрясениям, обрушивающимся на экосистему: ураганы, извержения вулканов, падение метеоритов и т.п. При этом, если экосистема не потеряла своей устойчивости и не включились механизмы деградации, ввиду массовой гибели организмов может освободиться достаточно большое количество экологических ниш, что может дать начало формированию целой мутовки новых видов. Так или иначе, но чем старше экосистема, расположенная в благоприятных для жизни условиях, тем больше видов она успевает сформировать.

Рассмотренные примеры создают впечатление, что видообразование инициируется “снизу”, то есть со стороны конкретных особей. Это типично редукционистский подход. С точки зрения холизма инициатором видообразования является экосистема. Именно она в своем эволюционном развитии закрепляет или отсеивает всевозможные мутации, запуская в действие механизмы видообразования. В свою очередь, ее динамика направляется, как правило, со стороны надсистем более высокого порядка. Так самые мощные и коренные перестройки видовых структур экосистем биосферы вызваны климатическими изменениями на планете.

Способность природы увеличивать разнообразие может явиться мощным оружием против человека. Деятельность человека по отношению к природе можно сравнить с потрясением, грозящим погубить жизнь. Такое в истории планеты случалось не однажды, о чем свидетельствуют бедные жизнью прослойки между геологическими слоями, когда жизнь, похоже, на время замирала, а потом взрывоподобно возрождалась, но уже в новых формах. То есть адаптации к подобным потрясениям жизнь уже сформировала. В соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, жизнь всегда пытается компенсировать неблагоприятные воздействия на нее.

Рассмотрим один из механизмов, с помощью которых природа должным образом реагирует на подобные потрясения. Чем интенсивней человек обедняет разнообразие, тем большее количество экологических ниш становится свободными. При этом уменьшается и межвидовая конкуренция, и оставшиеся виды одного трофического уровня замещают исчезнувшие, заполняя освободившиеся ниши. При этом, как правило, действует схема: мелкий сменяет крупного, эволюционно менее организованный сменяет высокоорганизованного, генетически изменчивый сменяет менее изменчивого. Например, копытных в степи могут сменять грызуны, а в некоторых случаях - насекомые (вспомните нашествия саранчи). Исчезающих хищников может заменить крыса.

Особенно ярко этот механизм заметен на популяциях микроорганизмов, возбудителей человеческих болезней. Период деления бактерий, например, может составлять всего несколько часов. У вирусов динамика еще более высокая. Это значит, что видообразование в этой среде может происходить буквально на глазах. Успехи медицины по уничтожению возбудителей болезней свидетельствуют, что на смену “побежденному” виду микроорганизмов, через достаточно короткое время приходит другой, уже адаптированный к действиям препаратов, вызвавших гибель его предшественника.

Таким образом, фармакология никогда не стоит на месте, она вынуждена постоянно совершенствовать медицинские препараты, которые приносят временные победы, но неизбежно стимулируют эволюционный прогресс в мире возбудителей болезней. Причем период времени от появления нового лекарства до соответствующей мутации в мире микроорганизмов все более сокращается и грозит свести на нет саму целесообразность существования фармакологии. Это вызвано тем, что освободившиеся экологические ниши занимают зачастую более примитивные микроорганизмы, чем их предшественники.

Так после изобретения антибиотиков главным врагом человека стали не простейшие грибки и одноклеточные, а вирусы. Есть первые симптомы того, что на смену вирусам грядут ретровирусы - довирусные, более древние формы жизни, строящие свою организацию не на основе молекулы ДНК, а на основе РНК. С ними бороться сложнее. Одним из наиболее известных представителей этой формы жизни является вирус (более правильно ретровирус) СПИДа. За 13 лет до его открытия была предсказана вероятность “гриппоподобного заболевания с высокой летальностью”.

Интересно, что анализ путей распространения СПИДа в Африке совпадает с бывшими путями распространения оспы. Но оспу мы победили. Это не значит, что человек избавился от возбудителей болезней. Все экологические ниши должны быть заняты. И если человек с этим не хочет мириться, единственное что он может сотворить - это мощную эволюцию, взрыв разнообразия новых возбудителей болезней, с помощью которых рано или поздно природа установит равновесие в биосфере, нарушенное человеком.