Текст книги "Удивительная экология"

Нельзя еще раз не сказать об очевидной взаимосвязи всего существующего на нашей планете. Например, доподлинно известно, что на рост растений влияет электричество.

Еще в конце XVIII столетия французский аббат П. Берталон заметил, что рядом с громоотводом растительность более пышная и густая по сравнению с той, что произрастает на значительном отдалении. Намного позднее в разных странах эта особенность была принята во внимание учеными.

Высоковольтные линии оказывают существенное влияние на экологическую обстановку

При этом нельзя утверждать, что электричество оказывает только положительное воздействие на рост растений. Например, японские ученые выяснили, что высоковольтные линии оказывают крайне негативное влияние на экологическое равновесие. Если растения располагаются под высоковольтными линиями, у них обнаруживаются многочисленные аномалии роста. Если напряжение линии электропередач составляет 500 киловольт, то у некоторых цветков, произрастающих под линией, бывает не 5 лепестков, как и должно быть, а от 7 до 25. Иногда корзинки цветков срастаются, в результате чего получается достаточно крупное уродливое образование.

Ученых заинтересовали подобные факты. Это вызвало необходимость более внимательно исследовать влияние электричества на рост и развитие растений.

И. В. Мичурин

Знаменитый советский биолог и селекционер И. В. Мичурин (1855–1935) исследовал влияние электрического тока на растения. В ходе эксперимента сеянцы выращивались в ящиках с почвой, через которую пропускался постоянный электрический ток. Мичурин пришел к выводу, что рост сеянцев заметно усиливается. Похожие эксперименты были проведены позднее другими учеными. Но результаты оказывались весьма спорными. Иногда растения очень быстро погибали, а иногда, напротив, очень быстро росли.

Новые открытия зачастую вызывают новые вопросы, ответить на которые удается далеко не всегда, несмотря на многочисленные гипотезы. Например, известный советский ученый А. Л. Чижевский (1897–1964) открыл, что солнечная активность влияет на биосферу. И когда на Солнце появл яется множество пятен, возникают вспышки, увеличивается яркость короны (то есть усиливается электромагнитное излучение), рост растений на Земле также заметно усиливается.

А. Л. Чижевский

Если электричество так явно влияет на растения, то какое воздействие оно оказывает на клетки человеческого организма? Это весьма интересный вопрос, на который пока нет однозначного ответа. А ведь помимо электричества мы подвергаемся и иным воздействиям, которые не могут пройти бесследно для нашего организма.

Человечеству еще предстоит ответить на множество очень важных вопросов. А пока мы можем признать, что, несмотря на достаточно высокий уровень развития цивилизации, люди еще не могут считать себя полностью защищенными от катастроф, как техногенных, так и природных.

Мы можем делать прогнозы, пытаться свести к минимуму вероятные риски. Но предотвратить трагедии людям пока не под силу. Мы так же уязвимы перед стихийным бедствием, как и наши далекие предки. Такие выводы заставляют задуматься.

Английский писатель, натуралист, основатель Фонда охраны дикой природы и Джерсийского парка Джералд Даррелл (1925–1985) писал: «Наш мир так же сложен и уязвим, как паутина.

Джералд Даррелл

Коснитесь одной паутинки, и дрогнут все остальные. А мы не просто касаемся паутины, – мы оставляем в ней зияющие дыры. Растениям и животным некому писать, за них некому заступиться, кроме нас, людей, которые вместе с ними населяют эту планету, но не являются ее собственниками».

Раздел 2
Земля как живой организм

Такое живое вещество

Основная составляющая биосферы – это живые организмы. Совокупность живых организмов называется живым веществом.

Живое вещество – важнейшая составляющая нашего мира, которая выполняет целый ряд функций.

Прежде всего следует упомянуть энергетическую функцию, то есть способность к накоплению и преобразованию энергии. С помощью хлорофилла зеленые растения улавливают солнечную энергию, преобразуют ее в органические вещества, а те, в свою очередь, становятся источниками энергии для других живых существ.

Вторая функция живого вещества – транспортная. Благодаря сложившимся пищевым цепочкам живого вещества огромные массы веществ и химических элементов перемещаются в самых разных направлениях.

Немаловажной является и деструктивная функция, за которую в основном ответственны бактерии и грибы. Органические вещества под их воздействием минерализуются, отмершая органическая ткань разлагается до простых неорганических соединений.

Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов в процессе жизнедеятельности накапливать в своих телах определенные вещества.

Живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды, среди которых преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.

Средообразующая функция живого вещества обусловлена способностью преобразовывать физико-химические параметры окружающей среды. Так, леса способствуют увеличению влажности воздуха, обогащению атмосферы кислородом и т. д.

Биологическое разнообразие живых организмов делает биосферу устойчивой. Собственно, и жизнь на нашей планете возможна благодаря именно этому разнообразию – в живой среде сложились определенные пищевые цепи, и, если убрать одно из звеньев такой цепочки, другие могут тоже погибнуть.

Биосфера – открытая система, она обменивается с окружающей средой веществами и энергией. Такая способность биосферы объясняется наличием автотрофов – производителей органического вещества, и гетеротрофов – потребителей и разрушителей органического вещества. Биосфера устойчива до тех пор, пока между процессами создания и разрушения органического вещества царит относительное равновесие.

Устойчивая биосфера способна поддерживать свои состав, структуру и функции и восстанавливать их. Существование каждого вида живых существ на нашей планете зависит от огромного количества других видов. И, как уже говорилось, уничтожение лишь одного вида животных, бактерий или растений может привести к исчезновению с лица земли других видов, связанных с ним.

Живое вещество теснейшим образом связано с неорганической средой. То есть мы можем смело говорить о взаимосвязи литосферы и биосферы. Растениям для существования необходимы углекислый газ, кислород, вода, минеральные соли. Но если бы запасы неорганических соединений не возобновлялись, запасов минеральных веществ надолго бы растениям не хватило.

Любое растительное сообщество образует определенную систему с неорганической средой. Такая взаимосвязь и называется экосистемой.

Английский эколог А. Тенсли, предложивший этот термин, считал экосистемы основными единицами природы на поверхности нашей планеты.

Для того чтобы экосистема могла существовать, необходимо соблюдение нескольких условий. Прежде всего в экосистеме должен быть запас неорганических молекул. А еще она должна включать в себя три группы организмов:

продуценты – автотрофные организмы, строящие свои тела благодаря неорганическим соединениям;

консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие органические вещества продуцентов (или других консументов) и перерабатывающие их в новые формы;

редуценты – микроорганизмы, живущие за счет мертвой органики, переводящие органическое вещество в неорганические соединения.

Например, в лесу продуцентами являются деревья, кустарники, мхи и травы. Консументы – это животные, пищей для которых становятся растения: звери, птицы, насекомые, беспозвоночные. Редуценты – грибы и бактерии.

Благодаря круговороту, сложившемуся в экосистемах, и взаимосвязи экосистем возможна жизнь на нашей планете. Круговорот вещества в экосистемах становится возможным исключительно благодаря постоянному притоку энергии. Эта энергия – солнечное излучение. Организмы, живущие за счет фотосинтеза, – а это прежде всего растения, – энергию солнца переводят в органические соединения. Гетеротрофы получают эту энергию с пищей.

Все участники экосистемы связаны друг с другом пищевыми связями, которые также можно назвать энергетическими отношениями. Ведь пищевые связи – это, по сути, механизм передачи энергии между организмами.

Например, экосистемой является пустыня. Здесь сухой и жаркий климат препятствует развитию растительности. Осадков в пустыне выпадает незначительное количество, вода быстро испаряется. Растительный и животный мир разнообразием не отличается; типичные растения – эфедра, кактусы, солянка, мятлик, лебеда диморфная. Животные, обитающие в пустынях, – это антилопы, верблюды, куланы, суслики, песчанки, тушканчики, ящерицы и различные насекомые.

Пустыня – экосистема с низкой продуктивностью. Недостаток воды приводит к тому, что растения (основные продуценты) находятся далеко друг от друга. Листья растений мелкие и толстые, благодаря чему они могут сохранять воду. Невысокий прирост биомассы также объясняется высокими дневными температурами. Ведь фотосинтез, рост и дыхание быстрее всего протекают при температуре от +20 °C до +40 °C. Средняя же температура пустынь более +50 °C, и это в тени. То есть процессы жизнедеятельности растений в пустыне замедляются. Редкими растениями питаются насекомые и животные. Продукты жизнедеятельности животных, в свою очередь, дают питательные вещества растениям.

Пустыня Калахари в ЮАР

Энергетический подход к изучению экосистем, сложившийся в последние десятилетия, стремится учесть объемы энергии, участвующей в круговороте вещества, что очень важно в практическом отношении.

Благодаря выработанным методикам исследователи приступили к изучению потенциальной биологической продуктивности нашей планеты. Биологической продуктивностью называется воспроизведение биомассы растений, микроорганизмов и животных, которые входят в состав экосистемы.

Для человека это понятие важно в более узком смысле: воспроизведение растений и диких животных, в той или иной мере используемых человеком. Оценка потенциальной биологической продуктивности позволит исследователям понять, как надолго при существующих условиях людям хватит «даров природы» – растений и животных – для поддержания жизни.

Помимо естественно сложившихся экосистем, в нашем мире существуют и экосистемы, создаваемые человеком. Они называются агроэкосистемами, или сельскохозяйственными экосистемами, и необходимы для получения урожая.

Безусловно, такие системы отличаются от природных. Прежде всего в них значительно снижается разнообразие организмов – ведь на полях культивируется один или несколько видов растений, вследствие чего уменьшается разнообразие микроорганизмов и животных.

В существовании агроэкосистем непоследнюю роль играет и человеческий фактор. Ведь растения, выращиваемые человеком, самостоятельно не могут выдержать борьбу за существование с дикими видами растений. Человеку приходится бороться с сорняками и вредителями, «подкармливать» растения. То есть сельскохозяйственные экосистемы, помимо солнечной, получают дополнительные виды энергии. К тому же урожай не поступает в общие цепи питания.

Освоение территорий на пользу сельскому хозяйству нередко приводит к разрушению механизмов регуляции численности видов, сложившихся в естественных условиях. Агроценозам свойственна такая особенность, как «экологический взрыв», то есть резкое увеличение численности некоторых видов. Последствия таких «взрывов» могут представлять угрозу для сельского и лесного хозяйства. Например, во Франции большие площади виноградников пришлось уничтожить, поскольку там в непомерных количествах размножилась корневая тля.

Разумеется, человеку приходится бороться с увеличением численности отдельных видов. В частности, не прекращается борьба человека с вредителями сельскохозяйственных угодий. И здесь мы снова сталкиваемся с неоднозначностью данного мероприятия. С одной стороны, человек сохраняет урожай, а с другой – вмешивается в естественные природные процессы и рушит сложные связи, свойственные экосистемам.

Например, яблонная плодожорка в естественных условиях может так размножиться, что погубит весь урожай. Но это не угрожает существованию яблони как вида. А кто поспорит с тем, что плодожорка имеет меньше прав на существование, чем яблоки? Однако чрезмерное увеличение количества плодожорок для агроэкосистемы совершенно неприемлемо, поэтому в сельском хозяйстве для регуляции численности вредителей прибегают к применению ядохимикатов, гербицидов.

Но все эти средства, помимо пользы для урожая, вызывают и нежелательные последствия: загрязнение окружающей среды, включение в цепи питания ядов и другие побочные эффекты. Так, ядохимикаты действуют не только на вредителей, но и на их естественных врагов – птиц. А уменьшение популяции последних снова приведет к размножению вредителей…

В последнее время все более широкое распространение получают биологические методы борьбы с вредителями. Они основаны на существовании у каждого вредителя сельскохозяйственных и лесных угодий естественных врагов. Специалисты применяют для борьбы с насекомыми-вредителями хищных и паразитических насекомых, переселяя нужные виды поближе к «жертвам».

Например, широко известная божья коровка питается насекомыми-вредителями. Жуки и личинки распространенного вида божьей коровки – семиточечной коровки – питаются тлями, растительными клещами, щитовками. К тому же божьи коровки весьма прожорливы, поэтому очень активно подавляют численность тли.

Божья коровка питается насекомыми-вредителями

Синицы помогают человеку защищать сельскохозяйственные угодья

Еще один пример биологического метода – использование для борьбы с вредителями насекомоядных зверей и птиц. Мухоловки, скворцы, грачи, синицы, а среди животных – кроты, ежи, летучие мыши, лягушки и ящерицы могут стать активными помощниками в борьбе с вредителями сельского хозяйства, так как питаются насекомыми.

По сути, создание агроэкосистем – это борьба «против природы». Она требует трудозатрат и материальных вложений и не слишком полезна для естественных сообществ. Однако именно на примере искусственно созданных экосистем человек получает возможность ближе изучить естественные процессы, протекающие в природе. С древних времен, возделывая землю, люди проникались уважением к природе, понимали, что ее ресурсы истощаются, а также постигали сложные процессы, которые происходят в окружающей среде в зависимости от времени года и от других факторов. Так что говорить только о негативных последствиях создания полей и садов нельзя.

Взаимодействие экосистем и человека – важнейший фактор нашего с вами существования на планете. Ученые, постигая законы природы, вынуждают нас изменить потребительское отношение к окружающему миру.

Например, сотрудники Эдинбургского университета обнаружили, что растения воспринимают звуки – слова и музыку – и реагируют на них. Под классические композиции и лирические мелодии растения значительно лучше растут и развиваются.

Проведенный учеными эксперимент с растениями доказал, что цветы реагируют на окружающие события. Исследователи, поставив два горшка с фиалками на стол, у одного из цветков отстригли лист. При этом ко второму цветку были присоединены электроды, позволяющие следить за состоянием растения. Приборы показали, что фиалка «среагировала» на неприятные ощущения своей соседки и «испугалась».

Еще один пример. В горах произрастает интересный вид осины. Когда к одному из деревьев подходят козы, которые питаются листвой, осина каким-то образом подает сигнал соседним деревцам – и в скором времени химический состав их листьев меняется настолько, что животные уже не могут поедать листья. Листва становится ядовитой!

Но вернемся к экосистемам. Напомним, что все живые существа, в том числе и растительный мир, взаимосвязаны. Если в экосистеме исчезает один вид, сразу же начинаются изменения: размножаются те, кем питался этот вид, и сокращается численность тех, кто питался им.

Посевам пшеницы, технических культур и хлопка в Средней Азии большой урон наносят краснохвостые песчанки

Множество печальных примеров подтвердили всю серьезность этой проблемы. В СССР в 1950-х годах проводилась кампания против хищников. Уничтожение хищных птиц и млекопитающих привело к стремительному росту грызунов. Мыши, популяция которых не регулировалась хищниками, уничтожили посевы и зерно на складах. В итоге людям пришлось спешным образом восстанавливать численность хищников, иначе неурожаи привели бы к голоду среди населения.

Еще более серьезной проблемой является уничтожение целых экосистем. Американские исследователи доказали, что снижение биоразнообразия может привести к увеличению заболеваемости человека. Сокращение количества видов птиц отряда воробьиных в США привело к увеличению заболеваемости человека лихорадкой Западного Нила. Казалось бы, какая взаимосвязь? Но ученые пришли к выводу, что в результате загрязнения окружающей среды исчезли воробьиные, питавшиеся личинками комаров. И комары, которые являются переносчиками лихорадки Западного Нила, размножились и стали представлять угрозу для людей.

Человек vs природа

На нашей планете все взаимосвязано. К сожалению, лишь в последние десятилетия человек начал замечать, насколько негативным становится его влияние на окружающий мир. Природа страдает от хозяйственной деятельности людей: мы вырубаем леса, уничтожаем животных и растения, безжалостно истребляем природные ресурсы и стремительными темпами загрязняем окружающую среду. А наша планета порой ведет себя как живой организм, адекватно отвечая на воздействия человека.

Вы когда-нибудь сажали цветы или овощи? Бывалые садоводы не скрывают, что, ухаживая за растениями, они мысленно общаются с ними. Если люди работают с любовью и удовольствием, семена словно чувствуют это: они значительно быстрее прорастают, лучше растут, да и урожай дают более высокий.

Когда мы заботимся о природе, она отвечает нам взаимностью. А порой создается впечатление, что Земля гневается на человека и выплескивает негативные эмоции в виде опаснейших природных явлений – цунами, тайфунов, торнадо.

Удивительно то, что человек до сих пор не может предсказать их возникновение с достаточной вероятностью. А вот животные, не столь оторванные от природы, как человек, чувствуют приближение природных катаклизмов.

Цунами – это гигантские морские волны, которые возникают от подводного землетрясения или извержения вулканов, как подводных, так и островных.

Тайфун – это ураган большой разрушительной силы, тропический циклон. Скорость тайфуна может достигать 50 км/ч, отдельные порывы – до 100 км/ч. Тайфуны возникают над Тихим океаном, к востоку от Филиппинских островов, и движутся к берегам Индокитая, Китая и Кореи. В одном из тайфунов в 1933 году зарегистрирована рекордная высота морских волн – 33,6 метра.

Каждый год торнадо уносит сотни жизней

Смерч (или торнадо) – это атмосферный вихрь, который возникает в грозовом облаке и распространяется вниз, до самой поверхности земли или моря, в виде рукава или хобота, длина которого может достигать десятки и сотни метров. Когда смерч доходит до поверхности земли, его нижняя часть расширяется, становится похожей на воронку. Воздух в атмосферном вихре обычно вращается против часовой стрелки, он поднимается вверх, по спирали, втягивая воду или пыль. Скорость вращения воздуха огромна, достигает нескольких десятков метров в секунду.

Как уже было сказано, возникновение цунами напрямую связано с подводными землетрясениями. Подземные толчки влекут за собой нарушения на морском или океаническом дне, возникают разломы. Участки дна океана внезапно поднимаются, вздымается огромный столб воды, высота которого может достигать нескольких километров. То же самое может вызывать и опускание морского дна. Столб воды перемещается вверх и вниз, появляются поверхностные волны, расходящиеся по всей водной территории.

Цунами приводит к перемещению огромного количества воды. Волны идут одна за другой, их скорость сравнима со скоростью реактивного самолета. Например, на глубине скорость стремительно распространяющихся волн может достигать 1000 км/ч. Волны может разделять значительный промежуток времени.

Цунами у берегов Японии (март 2011 г.)

В океане высота волн невелика – до 1,5 метров, зато их протяженность – несколько десятков километров. Поэтому, если волна цунами проходит под кораблем, люди могут этого даже не заметить. А вот когда волна подходит к берегу, это вызывает страшные разрушения.

Волны, обладающие огромной скоростью на глубине, на мелководье замедляют свое движение. При снижении скорости значительно возрастает высота волны. Так образуется водяная стена. Крайне опасной она бывает в заливах с высокими берегами. Особенность заливов состоит в том, что чем дальше от моря, тем больше они сужаются. Когда волна оказывается в сужающемся заливе, ее высота еще больше возрастает: она может достигать 40–60 метров, а иногда и более.

В исторических источниках мы находим множество упоминаний о цунами, происходивших в разных частях света.

В 1737 году сильное цунами обрушилось на побережье Камчатки. Волны достигали высоты 70 метров. Русский географ и путешественник С. П. Крашенинников так описывал эту катастрофу:

«…Октября 6 числа помянутого 1737 году пополуночи в третьем часу началось трясение, и с четверть часа продолжалось волнами так сильно, что многие камчатские юрты обвалились и балаганы попадали. Между тем учинился на море ужасный шум и волнение, и вдруг взлилось на берега воды в вышину сажени[2]2
  Саже́нь – старинная мера длины, равная 2,134 метра.


[Закрыть]на три, которая, нимало не стояв, сбежала в море и удалилась от берегов на знатное расстояние. Потом вторично земля всколебалась, воды прибыло против прежнего, но при отлитии столь далеко она сбежала, что моря видеть невозможно было.

В то время усмотрены в проливе на дне морском между первым и вторым Курильским островом каменные горы, которые до того никогда не виданы, хотя трясение и наводнение случалось и прежде. С четверть часа после того спустя последовали валы ужасного и несравненного трясения, а при том взлилось воды на берег в вышину сажен на 30, которая по-прежнему, нимало не стояв, сбежала в море и вскоре стала в берегах своих, колебаясь чрез долгое время, иногда берега поднимая, иногда убегая в море. Пред каждым трясением слышен был под землею страшный шум и стенание».

По словам С. П. Крашенинникова, многие местные жители погибли, а остальные остались без крова и средств к существованию. В некоторых местах поля и холмы превратились в морские заливы.