В. Е. Сергеев Кемеровский государственный университет

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• «Кемеровский государственный университет», 619.39kb.
• Кубанский государственный аграрный университет кубанский государственный технологический, 51.16kb.
• Диссертация выполнена в гоу впо «Кемеровский государственный университет», 325.25kb.
• «Красноярский государственный аграрный университет», 484.44kb.
• Кемеровский государственный университет, 2438.76kb.
• Задание принял к исполнению Дата, 27.29kb.
• На правах рукописи, 748.58kb.
• На правах рукописи, 891.42kb.
• «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», 378.18kb.
• Государственный Технический Университет. Факультет: Автоматики и Вычислительной Техники., 32.46kb.

В. Е. Сергеев

Кемеровский государственный университет

БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, СОХРАНЕНИЯ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КУЗБАССЕ

В начале июля 1998 года в областном центре состоялась Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная региональным проблемам перехода к устойчивому развитию в ХХI веке. В общей концепции сохранения и рационального использования природных ресурсов Кемеровской области в целях развития отведено почетное место научно-методическим и научно-практическим проблемам сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия. Более того, будет уместным сообщить, что 19-22 мая на базе Кемеровского государственного университета была проведена межрегиональная научно-практическая конференция “Проблемы сохранения биоразнообразия Южной Сибири”, которую следует рассматривать как секционное заседание состоявшегося федерального научного и социально-общественного мероприятия.

Чем же можно объяснить такой повышенный интерес к проблеме биологического разнообразия? Почему возникла необходимость в разработке научно-методических подходов к изучению биологического разнообразия, его сохранению, последующему рациональному и устойчивому использованию в региональном, национальном и глобальном масштабах? На все эти вопросы автор и пытается дать ответ в настоящей статье.

На первый взгляд дать определение биологическому разнообразию предельно просто. Поскольку речь здесь идет об объектах живой природы, то их разнообразие можно со всей очевидностью рассматривать как количество видов растений и животных, населяющих то или иное пространство. Однако, эта простота обманчива. Обманчива, прежде всего, тем, что биоразнообразие - экологический термин, термин многоканальной логической, философской, социальной комплексной научной дисциплины, возникшей в недрах биологии и имеющей, как и любая другая наука, свои предмет и объекты исследования, свои методологию, методические подходы и терминологию. И какую бы остроту не принимали споры и дискуссии о месте современной экологии в жизни общества, при исследовании проблем и задач, при разработке стратегий сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия не обойтись без экскурса в историю экологии.

У специалистов разного биологического профиля нет разночтений относительно того, что предметом исследования экологии является изучение взаимодействия организмов и среды, объектами исследований - различные уровни организации живой материи. И не случайно одно из многих определений экологии характеризует её как науку, изучающую биологические системы на уровнях, в которых индивидуумы, популяции, виды и сообщества рассматриваются как элементы, взаимодействующие между собой или с произвольно организованной матрицей среды¹. Сумма таких элементов обозначается термином “ биоразнообразие”, а само оно, привлекая пристальное внимание ученых, общественности, всего мирового сообщества², становится одновременно и предметом, и объектом исследований теоретической и прикладной экологии.

Вся эволюционная история биосферы отражает исторический процесс формирования устойчивых взаимосвязей косного и живого вещества планеты. Физическая среда изменчива, но её изменения компенсируются воспроизводящими и самоорганизующимися свойствами живой материи, обеспечивая существование биосистем на любом уровне иерархии (популяций и видов, биологических сообществ и экосистем, биот и биосфер в целом) в стабильном колебательном режиме. Современная экологическая теория рассматривает эти взаимосвязи как законы взаимодействия организмов и среды, общие для каждого континента, страны, региона, ландшафта или даже отдельно взятого биогеоценоза. Принимается, что экосистемы любого иерархического ранга отражают физическую среду, в которой развивались. В ходе сукцессионно-эволюционных преобразований, сопровождающихся увеличением продукции и разнообразия, устойчивости и стабильности, формировалось относительно сбалансированное, малофлуктуирующее сочетание элементов биоты и среды, диктуемое для любой системы материального мира законом необходимого разнообразия, сформулированным английским нейрофизиологом, одним из основоположников методологии кибернетики и основателей применения теории информации для характеристики логических систем У.Р. Эшби в 1959 году.

Но и отдельно взятые экосистемы, и биосфера в целом ранимы. Катастрофические локальные изменения внешней среды разрушали сложившиеся связи в экосистемах, возвращая их к низшим, ранним стадиям сукцессионного ряда³, характеризующимся низким уровнем биоразнообразия и продукции, малой устойчивостью к последующим воздействиям извне, когда следует полный развал биотического сообщества. В масштабе континентов на протяжении геологических эпох шла непрерывная перестройка организации экосистем. Некоторые периоды в истории Земли были свидетелями еще более глубоких изменений, и интерпретация прерывистости жизни с биологической точки зрения привела к возникновению теории периодических катаклизмов Ж.Кювье (сейчас - современной теории сальтационизма).

Это все естественные процессы, заключенные в рамки длительного эволюционного времени. С развитием социально-общественных отношений воздействие на природную среду многократно увеличилось и не только за счет простого суммирования факторов естественного и антропогенного происхождения. Человек, активизируя использование биологических ресурсов, неизбежно способствовал уменьшению сложившегося биоразнообразия. Одновременно он косвенно (сведение лесов) или непосредственно (сжигание топлива, химизация и пр.) резко изменял соотношение компонентов (разнообразие) физической среды, к новому комплексу которой оказывались не готовы уже ослабленные за счет сниженного биоразнообразия экологические системы. На протяжении нескольких человеческих поколений (т.е. естественного экологического времени преобразования экосистем) облик природы отдельных регионов, стран, континентов изменился, сохранив свой естественный вид только на небольших участках биосферных заповедников. Сложилась ситуация, о которой предупреждал У.Р.Эшби: “Такое разнообразие может уничтожить разнообразие”⁴, имея в виду, что разнообразие факторов среды уменьшает разнообразие биосистем. Отсюда становится понятной необходимость в принятии Конвенции ООН о биологическом разнообразии, его сохранении и устойчивом использовании в региональном, национальном и глобальном масштабах⁵.

Решение проблемы биологического разнообразия - сфера деятельности прикладной экологии и связанных с нею других научно-практических дисциплин. И здесь нелишне напомнить, что любое вторжение человека в природу должно базироваться на знании законов взаимодействия организмов и среды, предписываемых теоретической (классической) экологией. Эти законы общи для каждого континента, страны, региона, ландшафта или даже отдельно взятого биогеоценоза, но условия существования биоты в любой точке пространства имеют свои особенности. Потому их комплексное, многоканальное исследование, в т.ч. закономерностей развития и стабильного существования популяционного (генетического, фенотипического, структурного половозрастного, этологического) и экосистемного ( разнообразия, должно выполнять роль опережающего фактора в практической реализации мер по сохранению и использованию ресурсов биологической природы.

Поскольку изучение биологического разнообразия относится к сфере экологии, которая часто определяется как наука о надорганизменных системах, то и проблемы биологического разнообразия следует рассматривать на популяционном уровне.

Согласно популяционной структуре вида каждая популяция, занимая определенное пространство, является компонентом биотического сообщества и одновременно компонентом общего разнообразия экосистем. В свою очередь, любая видовая популяция состоит из определенного числа индивидуумов, каждый из которых наделен информационными свойствами. Это генетическая, детерминированная информация, реализуемая в фенотипическом облике каждой конкретной особи. Для популяции в целом такую информацию, вероятно, можно определить как популяционное генетическое и фенотипическое разнообразие.

Внутри вида популяции независимы за счет многочисленности составляющих её особей. “Только большая численность определяет возможность образования и устойчивого существования популяции как целостной системы, возможность выживания этой системы после резких, порой многократных сокращений численности, характерных для всех живых существ”⁶. В соответствии с этим высказыванием А.В.Яблокова количественное популяционное разнообразие должно стать объектом пристального рассмотрения. Здесь нельзя игнорировать и то, что популяции как надорганизменные биологические системы стремятся к устойчивому состоянию путем увеличения структурного разнообразия, которое на популяционном уровне достигается усложнением поло-возрастной структуры и стабилизацией возрастных пирамид.

Проверка высказанных касающихся популяционного разнообразия положений осуществлялась при изучении состояния региональной популяции лося (Alces alces L.) в 1991-1994 гг. В результате исследований выявлены резкое снижение его поголовья под влиянием факторов естественного (волки) и антропогенного (неконтролируемое браконьерство) происхождения и заметный, если не сказать полный, развал половозрастной структуры популяции. Среди лицензионно добываемых животных практически исчезли особи старше 6 лет, обладающие наибольшей репродуктивной способностью. На общем фоне омоложения популяции произошли снижение плодовитости (яловость самок, почти полное отсутствие многоплодности) и нарушение популяционных норм соотношений половых и возрастных групп. Всё это явилось причиной запрета промысла лося в Кемеровской области, который следует рассматривать не только как практическое охотхозяйственное, но и научно обоснованное мероприятие, базирующееся на принципе альтернативного разнообразия⁷.

Из литературных публикаций по генетике популяций известно, что на фазе депрессии численности, какая бы причина её не вызывала, уровень гетерозиготности и разнообразия генотипов в популяциях повышается⁸, а преимущественное выживание гетерозигот, связанное с более эффективным использованием ресурсов среды и поддержанием в неблагоприятных условиях максимально возможной продуктивности популяций⁹, сохраняет и увеличивает популяционное разнообразие, направляя развитие биосистемы (популяции) в сторону гомеостатического состояния. Иначе говоря, в условиях запрета на промысел этот процесс восстановления популяции лося в Кузбассе может быть более быстр и эффективен¹⁰.

Не менее сложна и также актуальна проблема исследования биоразнообразия в естественных или искусственно создаваемых человеком сообществах.

В наши дни признается, что среди кардинальных проблем теоретической экологии центральное место занимает проблема эволюции естественных сообществ, а её исследование может считаться основной темой науки¹¹. Это утверждение известных американских экологов основывается на необходимости отчетливого понимания эволюционной непрерывности развития естественных сообществ. Каждое из них, являясь фоном коадаптивного развития видов, должно изменять уровень своих структурно-функциональных состояний на всем протяжении эволюции и, следовательно, адаптироваться к среде так же, как и виды¹². За результат эволюции принято считать мозаику сообществ, приспособленных к мозаике условий среды, основными факторами, влияющими на конечный результат, - эволюционное и экологическое время¹³, а важными признаками сообществ, позволяющими оценить эволюционный процесс, - сукцессию и разнообразие¹⁴.

Сложившиеся представления об эволюции естественных сообществ во многом опираются на информационно-кибернетический подход к решению проблемы. Сообщества рассматриваются не только как компонент экосистемы, но и как составная часть системы материального мира, объекты (элементы) которого наделены информационными свойствами. Передача информации между ними осуществляется по каналам прямой и обратной связи, за счет чего обеспечиваются её сохранение, объединение элементов системы в единое целое. Стремление элементов и всей системы сохранить свое состояние во времени согласно требованию особенностей внешней среды увязывается с концепцией стабильности основателя школы “эволюционных экологов Мак-Артура” испанского эколога Рамона Маргалефа¹⁵ и с уже упоминавшимся выше законом сохранения разнообразия У.Р.Эшби, в которых снимаются противоречия между накоплением информации в процессе развития и количеством носителей этой информации (элементов системы, т.е. разнообразия).

С точки зрения кибернетики любую материальную систему можно произвольно разделить на более мелкие части - подсистемы различного информационного содержания, уровня организации, но между которыми осуществляется информационный и энергетический обмен, например биота - среда, биотоп - сообщество, животное - растение, хищник - жертва и т.д. Здесь первые подсистемы более организованы, лучше накапливают информацию¹⁶. Соответственно этому количество и качество элементов в подсистемах иные, а биологическое разнообразие, в сравнении с разнообразием среды, оказывается более эффективным информационным каналом и может служить надежной и объективной мерой организации био(эко)системы.

В любой кибернетической системе, наделенной свойствами экосистемы, идет процесс самоорганизации, эквивалентный процессу накопления информации и заключенный в рамки экологического времени или сукцессии. В ходе сукцессии наблюдается тенденция к увеличению биомассы, стратификации, сложности, разнообразия. Однако в соответствии с упоминаемой выше концепцией стабильности¹⁷ при сукцессии разнообразие видов уменьшается, а структурное разнообразие возрастает и усложняется. Иначе говоря, разнообразие и организация смещаются к более высоким уровням¹⁸. С естественным ходом сукцессий согласовывается и процесс эволюции сообществ, идущий в направлении увеличения зрелости, но уже в масштабах эволюционного времени. А так как свойства сообщества определяются организмами, из которых оно формируется, то и эволюция этих организмов контролируется процессом самоорганизации путем повышения эффективности и специализации. Потому не исключена возможность параллельного изменения филогенетических линий, которую можно рассматривать как некую тенденцию, реализованную в сукцессии¹⁹.

Сложившиеся теоретические представления об эволюции естественных сообществ, изменении биологического разнообразия в биосистемах в рамках экологического и эволюционного времени основываются не только на исследованиях многонационального контингента ученых-экологов, но и на материалах многолетних исследований естественных сообществ, осуществлявшихся в структурах Кемеровского государственного университета²⁰. Все они в той или иной степени служат информационной базой для развития прикладных аспектов изучения биологического разнообразия и решения проблем, с ними связанных.

Ещё 10-15 лет назад о необходимости комплексных исследований биологического разнообразия говорили только специалисты-биологи. После Рио-де-Жанейро о биоразнообразии стали говорить многие, если не все, кто сейчас именует себя биологами. Возникла ситуация, когда стало необходимым создание региональных многоцелевых кадастров природных ресурсов и единых сетей мониторинга. Вполне очевидным стало и включение в эти структуры кадастров растительного и животного мира, точек мониторинга ресурсов биологической природы. Также вполне очевидно, что при организации и введении кадастровых структур и сетей мониторинга не обойтись без комплексного и целенаправленного изучения биоты, а в её сфере и биологического разнообразия.

Все об этом знают, все об этом говорят. Но разговоры остаются только разговорами. Как и раньше, в нынешних программах по устойчивому развитию на XXI век есть все о воздушной, водной, литогенной сферах. Нет ничего или только упоминается о живой природе. Как и раньше, сохранила свои позиции крайне консервативная точка зрения на то, что любая, даже кратковременная и минимальная финансовая инъекция в сферу биоэкологии требует обоснованного экологического прогноза развития любой биологической системы. Но никакой прогноз не может быть аргументирован, любое вмешательство в природную среду не может быть обосновано без знания инвариантных, эволюционно сложившихся режимов существования популяций и видов, сообществ и экосистем. Эти знания невозможно приобрести без длительных и комплексных исследований биосистем любого иерархического ранга, но в этих же знаниях - основа сохранения биологического разнообразия в уникальных природных комплексах Южной Сибири, в том числе и Кемеровской области.

Получено 1.12.98.