БИОРАЗНООБРАЗИЕ

В.Г. Мордкович

29 декабря - Международный день биоразнообразия. Десять лет назад (в 1992 году) в этот день была принята Конвенция ООН по биологическому разнообразию, к которой присоединились 176 государств.

Проблема мировой значимости

Под биоразнообразием имеется в виду разнообразие форм и проявлений жизни на Земле. Биоразнообразие можно оценивать с разных позиций: по числу особей организмов, живущих в том или ином месте (в том или ином ландшафте); по числу таксонов, например, видов, родов, семейств, отрядов; по числу экосистем, т.е. тех общностей, которые организмы образуют с условиями среды их обитания. Можно оценивать биоразнообразие по скорости изменения состава и численности организмов.

До недавнего времени проблема биоразнообразия интересовала только ученых-биологов. Однако и среди них она не относилась к числу конъюнктурных. Сведения о том, что в 1879 году убит последний тарпан на Украине, что число сайгаков, уже вымиравших однажды в ХХ столетии в степях Евразии, вновь сокращается до опасного уровня, что на Земле осталось лишь 200 экземпляров амурских тигров, что число видов жуков-жужелиц под Парижем с 1942 по 1982 гг. сократилось вдвое, - интересовали только узких специалистов. Однако, вода камень точит. Со временем, от столетия к столетию, от десятилетия к десятилетию, от года к году, объем подобной информации негативного плана рос в геометрической прогрессии. С другой стороны, не менее резко возрос интерес к разнообразию животных и растений в связи с вовлечением большого числа ранее не используемых видов в хозяйственную сферу деятельности человека, в его быт и сферу художественных интересов. В связи с этим проблема биоразнообразия стала важной не только для ученых, но и для хозяйственников и даже для политиков.

Вершиной признания следует считать "Всемирную конференцию ООН по окружающей среде и развитию", которая состоялась в Бразилии в городе Рио-де-Жанейро в 1992 году. Среди других мероприятий подобного рода форум в Рио отличался тремя особенностями. Во-первых, в его работе приняли участие представители всех стран мира. Во-вторых, кроме ученых, в Рио приехали политики, и не какие-нибудь, а самого высокого ранга, т.е. премьеры и президенты. В-третьих, решения Конференции были признаны официальными документами, в том числе и "Конвенция о биоразнообразии".

В чем же сущность проблемы биоразнообразия? Чтобы получить ответ, надо задать себе ряд промежуточных вопросов: во-первых, сколько биологических видов населяет планету Земля; во-вторых, почему биота организована по принципу многообразия, а не однообразия; в-третьих, существуют ли пределы биоразнообразия, и как оно меняется во времени; в-четвертых, почему в одних экосистемах биоразнообразие выше, чем в других, и как связаны между собой биоразнообразие и совершенство организации экосистем; в-пятых, какое значение для существования человека имеет уровень биоразнообразия?

Сколько видов животных и растений населяет нашу планету?

Современный уровень биоразнообразия определяется двумя обстоятельствами. С одной стороны, он определяется реальным проявлением многообразия живых форм в природе, а с другой - совершенством существующих классификаций организмов, т.е. совершенством аппарата оценки разнообразия живых форм. Следовательно, решить эту задачу могут и должны такие отрасли биологии, как флористика и фаунистика, систематика растений и животных и биомузеология. Между тем, точной цифры общего числа видов биоты на Земле и в подавляющем большинстве ее регионов никто не знает.

Относительно хорошо изучена флора, особенно высшая. Однако 215 тысяч видов цветковых растений - это лишь 0,7% общего биоразнообразия. Львиную его долю составляют животные. Хорошо изучены таксономически млекопитающие и птицы, но они составляют в совокупности лишь 13 тысяч видов, а все позвоночные животные - 42 тысячи видов. Действительное разнообразие позвоночных по экспертным оценкам в 2 раза выше, главным образом за счет неизученных рыб, которых описано лишь 19 тысяч из 40. Тем не менее, даже с учетом этого резерва, позвоночные животные составляют не более 1/1000 доли общего зооразнообразия, даже исходя из максимальных оценок. Главную проблему составляет катастрофически слабая изученность разнообразия беспозвоночных животных, особенно членистоногих: пауков, клещей, насекомых и других.

С легкой руки Томаса Эрвина, внедрившего метод обработки крон тропических деревьев инсектицидными аэрозолями и последующего учета упавших беспозвоночных животных внизу на пологах, проведена расчетная оценка биоразнообразия в тропиках. Когда полученные данные пересчитали на число видов тропических деревьев, растущих в тропиках на больших площадях, то получили потрясающий результат. Оказалось, что, например, на растущем в Панаме дереве Луха обнаружено только 1100 видов жуков, из которых 160 видов специфичны для этого дерева. Эд Уилсон в Перу насчитал на одном из деревьев, тоже из бобовых, 43 вида муравьев из 26 родов. Это столько, сколько во всей фауне британских островов. А всего число видов различных членистоногих на одном дереве в тропиках исчисляется десятками тысяч. Экстраполируя эти данные на влажные тропические леса Земного шара, где на 1 га приходится от 300 до 700 видов деревьев, получили цифру - от 30 до 80 млн. видов (83% беспозвоночные, 57% - насекомые). Число особей составляет и вовсе астрономическую цифру. Подсчитано, что на 1 га почвы низинного тропического леса Индонезии обитает до 42 млн. особей членистоногих.

Наши леса умеренного пояса не хуже. По последним подсчетам, только крупных беспозвоночных животных на 1 га почв южной тайги приходится от 4 до 11 млн. особей. А с учетом обитателей почвы всех размерно-функциональных категорий животных, в почве южной тайги бегает, прыгает, ползает, плавает не менее 5 млрд. особей всякой живности.

Из экосистем умеренного пояса Земли, как и из тропиков, ежегодно описывают тысячи новых видов. Прирост описаний новых видов на одного систематика, занимающегося группой на таксономическом уровне семейства, т.е. категории среднего ранга - 1% в год.

Таким образом, по самым оптимистическим экспертным оценкам, на сегодня известно и описано не более 10% всех биологических видов, действительно живущих на Земле. Это обескураживающая цифра. Получается, что все теоретические построения биологии основаны в лучшем случае лишь на нескольких процентах информации об организмах, населяющих Землю; что подавляющая часть материальных ресурсов, заключенных в земной биоте, не только не используется, но даже неизвестна; что хозяйственная эксплуатация экосистем строится без учета амортизационной значимости подавляющего большинства звеньев биологического круговорота.

Распределение биоразнообразия в пространстве

Характер распределения биоразнообразия в пространстве лучше всего иллюстрирует зональный порядок изменения состава, обилия, биомассы и форм жизни. Зональность - явление глобальное. Однако, из-за региональных особенностей климата, геоморфологии, антропогенных влияний и т.д. она выражена в разных местах неодинаково. Поэтому следует, априори, признать, что качество и достоверность широтно-зональных закономерностей отличаются в зависимости от места, где они получены. По сути дела, единственным регионом, где широтно-зональные явления выражены почти идеально, служит Западно-Сибирская равнина. Плоский рельеф, отсутствие высотной поясности, громадные географические пределы с севера на юг, срединное географическое положение на материке обеспечивают здесь главное свойство зональности - совпадение границ ландшафтных зон и параллелей. Поэтому широтно-зональные закономерности, полученные в Западной Сибири, можно брать за эталон, относительно которого следует оценивать аналогичные явления в других регионах.

Общее число видов, характерное для того или иного ландшафта или территории, называется видовым богатством. Западная Сибирь - не самая богатая видами территория Земли, и все же на сегодняшний день на территории Западно-Сибирской равнины различают более 6 тысячи видов организмов, а на Алтае - более 9 тысяч видов. Наименьшие значения видовое богатство насекомых имеет в зоне тундр (500 видов), последовательно растет в лесотундрах, тайге, достигая максимального значения (3250 видов) в зоне лесостепи, и снова снижается в зоне степей. Причины изменения видового богатства, кроме зональных, определяются также относительно слабой степенью изученности фауны. В целом в Западной Сибири выделяются 3 очага биоразнообразия, представляющие природоохранный интерес: зона тундры с относительно высоким уровнем эндемизма (неповторимости состава биоты), Горный Алтай, отличающийся высоким видовым богатством и оригинальностью фауны, а также зона лесостепи с уникально высоким видовым богатством и сочетанием форм различного происхождения.

Меняется ли уровень биоразнообразия во времени?

Было несколько крупных всплесков видообразования или вымираний, когда появлялись или исчезали целые семейства, отряды и даже типы организмов. Например, от кембрия к силуру за 200 млн. лет число семейств морских животных увеличилось с 5 до 400. Однако, каледонский цикл горообразования в конце силура вызвал резкий спад биоразнообразия. Позднее в связи с образованием суперконтинента Лавразия биоразнообразие вновь возросло в 10 раз. В мезозое из-за резких геологических катаклизмов число семейств животных вновь сократилось до 200. За сравнительно небольшой промежуток времени исчезло 96% всех видов биоты. Потребовалось 5 млн. лет, чтобы биоразнообразие вновь начало заметно расти, перемежаясь периодически с небольшими спадами. Раскол некогда единых суперконтинентов привел к сильному увеличению площади прибрежной полосы с ее очень разнообразными, резко меняющимися условиями жизни. В итоге к четвертичному периоду число семейств только морских животных опять возросло до 750. В наше время в результате хозяйственной деятельности человека потери биологического разнообразия от уничтожения естественных ландшафтов и непосредственного истребления составляют ежегодно около 10 тыс. видов. Такие потери в 10 раз больше естественной фоновой скорости вымирания биологических видов.

Каждый биологический вид не навеки "прописан" в биосфере, а живет в ней до тех пор, пока может приспосабливаться к непрерывно меняющимся условиям среды, покуда хватит резерва генетической изменчивости, заложенной в него природой. За 600 млн. лет существования жизни на Земле многие живые существа этой гонки на биосферном конвейере природы не выдержали и, не сумев победить в борьбе за существование и создать удобную себе и другим среду обитания, вымерли. Таких неудачников был немало: по приблизительным расчетам, около 2 млрд. видов.

Биоразнообразие - элемент среды обитания человека

Сто пятьдесят - двести тысяч рецепторов поверхности нашего тела "требуют постоянных раздражений", без которых человек чувствует себя дискомфортно. Подавляющую часть этих сигналов: цветовых, звуковых, двигательных, тактильных, запаховых и др. доставляют человеку другие живые существа. Известно, что в условиях одиночества у большинства людей возникают отклонения физиологического и психологического порядка. Наступает так называемая десинхронизация, когда нарушается согласованность между ритмами вегетативных функций: частотой сердечных сокращений и дыхания, чередования сна и бодрствования, двигательной активности и стремления к покою. Недаром за все время цивилизации люди не придумали более страшного наказания для себя, чем испытание одиночеством (ребенка ставят в скучный угол, солдата садят на унылую гауптвахту, преступника заключают в статичную одиночную камеру).

Человек, в отличие от других живых существ, подвержен эволюции не только биологической, но и культурной. Этот процесс идет быстрее, чем биологическая эволюция, так как не связан с перестройкой генотипа. Культура человека является результатом анализа архитектоники живых форм. Живопись - не что иное, как познанный, хотя бы интуитивно, порядок сочетания природных красок; архитектура - форм, музыка - звуков. Колонна греческого архитектурного ордера - это же ствол дерева. Он и называется по-гречески: фуст - ствол. Орнаменты барокко - это цветы, плоды, ветви и т.д. Однако восприятие природных форм, звуков и красок в генотип не вписывается, по наследству не передается. Это - прерогатива культурной эволюции, суть которой - передача следующему поколению людей не только формализованной информации о мире, но и непосредственных эталонов культуры, в том числе биоразнообразия.

Биоразнообразие как материальный ресурс

Люди с момента появления на Земле жили за счет биоразнообразия. Оно обеспечивает пищу, одежду, обувь, материал для строительства жилищ и подсобных помещений и т.д. Из всего огромного фонда биологического разнообразия человек за 40 тыс. лет своей истории научился использовать лишь 0,1% видов растений, животных и микроорганизмов. Извлечь пользу из остальных 99,9% мы даже не пытались. За всю свою историю человечество употребляло в пищу около 7 тыс. видов растений, причем сегодня основу питания составляют несколько десятков культур, большую часть которых использовал еще первобытный человек. А ведь растений известно около 270 тысяч видов. По меньшей мере 75 тысяч из них имеют съедобные части, которые, как доказано, в ряде случаев по ценности намного превосходят широко выращиваемые с/х культуры. К таким, например, относится гуар (псофокарпус), растущий на Новой Гвинее и названный живым универсамом. Съедобны все его части - семена, листья, стебель, корни, цветки. Из сока гуара готовят напиток - вроде кофе. Гуар потрясающе быстро растет, достигая высоты 6 метров всего за несколько недель. По калорийности он не уступает сое. Многие растения и животные - источник невоспроизводимого иным способом лекарственного сырья. Известно, что доход от эксплуатации розового мадагаскарского барвинка, из которого получают алкалоиды, незаменимые при лечении лимфолейкоза, дает доход более 100 млн. долларов в год. Практичные американцы на базе составляемых региональных кадастров видов разрабатывают программу поиска новых полезных природных соединений. Этим начал заниматься национальный институт рака США. За год здесь испытывается методом перебора около 10 тысяч различных веществ, добываемых из естественного биологического сырья, с целью выявить активность против раковых клеток и вируса иммунодефицита у человека.

Главным полем добычи ресурсов биоразнообразия служит зона тропических влажных лесов. Оказывается, что одно их 4-х фармацевтических средств, имеющихся сегодня на мировом рынке, вырабатывается из растений тропических джунглей, а 70% всех растений, определенных американским национальным институтом рака в Бетесде, штат Мэриленд, как потенциально полезные при лечении рака, находят только в джунглях. Между тем на протяжении 5 тыс. лет человек уничтожил 60% мировых лесов. Только за минувшие 40 лет Африка потеряла 23% своего леса, а Латинская Америка - 38%. Оставшиеся уменьшаются по площади на 1% в год.

В умеренном поясе дела обстоят не лучше. А ведь эти леса беднее видами и, стало быть, хрупче. Площадь лесов умеренного пояса сократилась за человеческую историю на 60%. Дошли до того, что на месте естественных ландшафтов появились биотически девственные земли - техноземы, на которых ничто не растет и никто не бегает. Площадь таких земель с лунным пейзажем составляют в России 2,5 млн. га:

Биоразнообразие - как фактор амортизации среды обитания

Биоразнообразие выполняет важнейшую опосредованную функцию амортизатора, защищающего экосистемы от "сотрясений" и перегрузок. Биоразнообразие служит основой стабильных ключевых экосистем биосферы и оптимального для человека порядка их замещения во времени.

Как известно, уровень биоразнообразия в биосфере никогда не был постоянной величиной - ни до человека, ни при нем, благодаря естественным процессам вымирания и возникновения видов. Однако динамика биоразнообразия является следствием не только эволюционных процессов, но и процессов сукцессионных, ответственных за правило совместимости биологических видов и порядок формирования их совокупностей в рамках определенных экосистем. Смена типов жизненных стратегий тоже имеет в основе высокий уровень биоразнообразия. На инициальной стадии сукцессии биоразнообразие поддерживается самым примитивным способом - массовым тиражированием особей за счет высокой репродуктивной способности. На терминальных стадиях увеличивается общее число видов, составляющих сообщество. Следовательно, эта стадия характерна большим количеством звеньев и длинной цепочкой передач вещества и энергии от вида к виду. На каждом этапе кроме усвоения происходит неизбежная потеря части энергии. Чем больше этапов, тем больше суммарные потери. Именно этим достигается равновесие между долями связанной энергии и энергии, затрачиваемой на поддержание экосистемы, по Ю. Одуму. Это и обеспечивает устойчивость экосистемы на терминальной стадии ее сукцессии. Следовательно, биоразнообразие - это не просто тест, а основа совершенства организации и устойчивости экосистемы - тот аппарат, манипулируя которым, сообщество может амортизировать внезапные сильные нарушения, исходящие извне, связанные с мощным поступлением энергии в экосистему.

Негативное влияние человека на структуру биоразнообразия

Важнейшим фактором, вызывающим нарушение в биосфере, служит сам человек. В результате его хозяйственной деятельности потери биоразнообразия от уничтожения естественных ландшафтов и непосредственного истребления организмов составляют ежегодно около 10 тыс. видов. К 2010 году планета потеряет около 2,5 млн. видов биоты.

Эти колебания сами по себе невелики и пока вполне укладываются в рамки обычных флуктуаций биоразнообразия. Однако человек своей специфической деятельностью не просто снижает общее биоразнообразие, а коренным образом меняет его инфраструктуру, способствуя исчезновению наиболее приспособленных видов, победителей в борьбе за существование.

Поэтому в результате хозяйственной деятельности человек оставляет в биосфере очень бедный и предельно стандартизированный набор видов растений и животных, способных выжить в изуродованных экосистемах. Это виды-оппортунисты, обладающие способностью существовать в разбалансированных экосистемах за счет потребления несвязанных биологическим круговоротом веществ. Полученную энергию эти виды тратят не на "обустройство" экосистемы, а на собственное воспроизводство. При исчерпании ресурса эти виды, размножившись в огромном числе, десантируются в другие аналогичные экосистемы. Из таких видов формируется "штат" сорняков, вредителей лесного и сельского хозяйства. Еще несколько столетий назад такие виды занимали очень скромное место в природных экосистемах и были почти незаметны. Теперь они заполонили землю от тропиков до полюсов.

Наличие всюду одних и тех же видов и одинаковых экосистем приводит к усреднению окружающей среды и порождает у людей, воспринимающих этот мир через рецепторы органов чувств, - усредненное мышление, усредненный быт, усредненную культуру и, наконец, утерю этнического стереотипа. Нивелируя среду биосферы, человек нарушает также естественный механизм торможения потенции видообразования, отдавая планету видам с R-стратегией жизни, не связанным коадаптивными отношениями с другими видами и потому обладающим повышенной эволюционной потенцией, последствия которой трудно предсказать, в том числе применительно к человеку.

Заключение

Противоречия между стратегией развития человечества и трансформацией биоразнообразия - процесс глобальный. Однако интенсивность и глубина противоречий неодинаковы в разных участках биосферы. В этом плане Сибирь - особенно хрупкий регион, так как отличается невысоким уровнем биоразнообразия, склонностью к примитивизации экосистем в результате сукцессионных процессов, особой концентрацией хозяйственной деятельности людей. Исходя из этого, в Сибири, где, в отличие от тропиков, каждый биологический вид - наперечет, требуется особая стратегия сохранения и использования биоразнообразия с пристальным вниманием не только к каждой экосистеме, но и каждому виду, каждой популяции.