Анатолий Горелов - Экология: конспект лекций

• Название: Экология: конспект лекций
• Автор: Анатолий Горелов
• Жанр: Биология

Непосредственной сдаче экзамена или зачета по любой учебной дисциплине всегда предшествует достаточно краткий период, когда студент должен сосредоточиться, систематизировать свои знания. Выражаясь компьютерным языком, он должен «вывести информацию из долговременной памяти в оперативную», сделать ее готовой к немедленному и эффективному использованию. Специфика периода подготовки к экзамену или зачету заключается в том, что студент уже ничего не изучает (для этого просто нет времени): он лишь вспоминает и систематизирует изученное.

Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу «Экология».

Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Издание предназначено студентам высших учебных заведений.

---

Из схемы видно, что соединение двух организмов (обозначенное знаком «+») ведет к созданию третьего (обозначено знаком ?). Присоединение к нему еще одного дает четвертый организм и т. д.

Такая симбиотическая коэволюция хорошо согласуется с данными синергетики, и ею можно объяснить образование колоний амеб под влиянием недостатка пищи и образование муравейника. В синергетических терминах это описывается так. Начальной флуктуацией является несколько большая концентрация комочков земли, которая рано или поздно возникает в какой-то точке области обитания термитов. Но каждый комочек пропитан гормоном, привлекающим других термитов. Флуктуация растет, и конечная площадь гнезда определяется радиусом действия гормона.

Так происходит переход от целесообразности на уровне организмов к целесообразности на уровне сообществ и жизни в целом – целесообразности в научном смысле слова, определяемой тем, что существуют не внешние по отношению к сообществам, а внутренние объективные надорганизменные механизмы эволюции, которые изучает наука.

С точки зрения концепции коэволюции естественный отбор, который играл главную роль у Дарвина, является не «автором», а скорее «редактором» эволюции. Конечно, в этой сложной области исследований науку ждет еще немало важных открытий.

Эволюция идет за счет естественного отбора не только на видовом уровне. «Естественный отбор на более высоких уровнях также играет важную роль, особенно 1) сопряженная эволюция, т. е. взаимный отбор зависящих друг от друга автотрофов и гетеротрофов, и 2) групповой отбор, или отбор на уровне сообществ, который ведет к сохранению признаков, благоприятных для группы в целом, даже если они неблагоприятны для конкретных носителей этих признаков» (Ю. Одум. Основы... с. 350).

Одум дает следующее определение коэволюции, или сопряженной эволюции. «Сопряженная эволюция – это тип эволюции сообщества (т. е. эволюционных взаимодействий между организмами, при которых обмен генетической информацией между компонентами минимален или отсутствует), заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости» (Там же, с. 354). Гипотеза сопряженной эволюции Эрлиха и Равена (1965) сводится к следующему. В результате случайных мутаций или рекомбинаций растения начинают синтезировать химические вещества, не имеющие непосредственного отношения к основным путям метаболизма или, возможно, являющиеся побочными отходами, возникающими на этих путях. Вещества эти не мешают нормальному росту и развитию, но могут уменьшать привлекательность растений для растительноядных животных. Отбор приводит к закреплению данного признака. Однако насекомые-фитофаги могут выработать ответную реакцию (наподобие устойчивости к инсектицидам). Если в популяции насекомых появится мутант или рекомбинант, способный питаться растениями, которые прежде были устойчивы к данному насекомому, отбор закрепит этот признак. Итак, растения и фитофаги эволюционируют вместе.

Отсюда выражение «генетическая обратная связь». Так называют обратную связь, в результате которой один вид является фактором отбора для другого, и этот отбор влияет на генетическую конституцию второго вида. Групповой отбор, т. е. естественный отбор в группах организмов, является генетическим механизмом коэволюции. Он ведет к сохранению признаков, благоприятных для популяций и сообществ в целом, но не выгодных для их отдельных генетических носителей внутри популяций. Концепция коэволюции объясняет факты альтруизма у животных: заботу о детях, устранение агрессивности путем демонстрации «умиротворяющих поз», повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситуациях и т. п.

Данный генетический механизм может привести и к гибели популяции, если ее деятельность вредит сообществу. Известно, что вымирание популяций может происходить с высокой скоростью, и здесь сказывается именно групповой отбор. Это предупреждение человеку, который противопоставил себя биосфере.

Сравнивая с системой «хозяин – паразит», человека называют паразитом, живущим за счет ресурсов биосферы и не заботящимся о благосостоянии своего хозяина. Выше было отмечено, что в процессе эволюции паразитизм склонен сменяться мутуализмом. Перейдя от охоты к земледелию и скотоводству, человек тем самым сделал шаг по пути к мутуализму с окружающей средой. Возможно, стремление к охране природы не столько результат дальновидности человека и осознания им экологических законов, сколько действие группового отбора, который заставляет познавать биосферу и использовать результаты науки для гармонизации отношений с ней.

4.3. Гея-гипотеза

Эта гипотеза возникла в последние десятилетия ХХ века на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Авторами ее являются английский химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис. В основе ее лежит представление о том, что живые организмы, объединенные в целое со средой своего обитания, могут на каждом более высоком уровне все в большей степени контролировать условия существования, в том числе атмосферу.

Вначале была обнаружена химическая неравновесность атмосферы Земли, которая рассматривается как признак жизни. По мнению Лавлока, если жизнь представляет собой глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава атмосферы планеты.

Лавлок ввел понятие геофизиологии, обозначающее системный подход к наукам о Земле. Согласно Гея-гипотезе сохранение длительной химической неравновесности атмосферы обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле. С появления жизни действовал механизм биологической автоматической термостатики, в котором избыток двуокиси азота в атмосфере играл регулирующую роль, препятствуя тенденции потепления, связанной с возрастанием яркости солнечного света. Другими словами, действует механизм обратной связи.

Лавлок сконструировал модель, в соответствии с которой при изменении яркости потоков солнечного света растет биоразнообразие, ведущее к возрастанию способности регулировать температуру поверхности планеты, а также к росту биомассы.

Суть Гея-гипотезы: Земля является саморегулирующейся системой (созданной биотой и окружающей средой), способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. По Лавлоку, мы обитатели и часть квазиживой целостности, которая обладает свойством глобального гомеостаза, способного нейтрализовать неблагоприятные внешние воздействия в пределах способности к саморегуляции. Когда подобная система попадает в состояние стресса, близкого к границам саморегуляции, маленькое потрясение может толкнуть ее к переходу в новое стабильное состояние или даже полностью уничтожить.

В то же время «Гея» превращает даже отходы в необходимые элементы и, видимо, может выжить даже после ядерной катастрофы. Эволюция биосферы, по Лавлоку, может быть процессом, который выходит за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека.

Подходя к Гея-гипотезе с биологических позиций, Л. Маргулис полагает, что жизнь на Земле представляет собой сеть взаимозависимых связей, что и позволяет планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.

Какие выводы следуют из изучения взаимодействия живых организмов с их окружением? Экология показывает, что основная причина экологического кризиса в том, что человек вопреки экологическим закономерностям поворачивает развитие экосистем вспять, желая увеличить их продуктивность. Уменьшение разнообразия для целей потребления и управления ведет к уменьшению устойчивости биосферы. В результате экосистемы разрушаются и лишают человека источников жизнеобеспечения. Действия человека по отношению к окружающей среде в соответствии с механизмом обратной связи переходят на него же, причем совсем не так, как он хотел бы. Необходима гармония человека и природы по аналогии с коэволюцией в живой природе. Перенося на человека закономерности развития экосистем, Ю. Одум предположил, что человечество перешло в стадию стабилизации, аналогичную стадии зрелости экосистемы, и теперь преимущество должно быть отдано сохранению созданного, а не новому производству.

С точки зрения этологии, основная причина экологического кризиса – в человеческой агрессивности, которая после «победы» над природой оказалась гибельной для него самого. Доминирование человека над другими видами ослабляет эволюционные механизмы развития биосферы, так как эволюция идет через межвидовую борьбу. Можно предположить, что на смену естественным механизмам эволюции приходит разум, однако нельзя просто так отмахнуться от философских утверждений (Э. Гартмана, А. Бергсона), что разум и абстрактное мышление уводят человека от понимания природы. Современные ученые спорят о том, насколько применимо понятие коэволюции ко взаимоотношениям в системе «человек – природная среда».