3.5. Функционирование природных (естественных) экосистем и качество жизни людей

Нормальное качество жизни людей поддерживается стабильным функционированием природных экологических систем. Под качеством жизни понимаем совокупность условий, обеспечивающих (или не обеспечивающих) комплекс здоровья человека (людей) [33]. Производными от этого понятия являются: качество воздуха и воды, пищи, величина энергопотребления.

Компонентный и количественный состав приземного воздуха сегодня обусловлен функционированием лесных экосистем и экосистем океана. Именно благодаря жизнедеятельности зеленых растений (продуцентов) и деструкторов (редуцентов) – обеспечивающих замкнутость биохимических циклов, содержание кислорода в приземном слое атмосферы составляет ~ 21 % (по объему), а диоксида углерода – 0,02 ÷ 0,04 % (по объему). Основными «поставщиками» кислорода в приземный слой атмосферы являются тропические леса – природные экосистемы. Около 50% мировой продукции кислорода, вырабатываемой зелеными растениями, приходится только на тропические леса бассейна Амазонки.

В очистке вод, загрязненных биогенами, а также нефтью, решающая роль принадлежит бактериям – редуцентам.

Наша пища представляет собой не что иное, как избыточную продукцию продуцентов и консументов в условиях искусственно вызванных сукцессий. Необходимо помнить о той доле продукции, которая необходима для воспроизводства источников питания, о живых организмах, живущих в «дикой» природе. Именно биоразнообразие природных экосистем является источником генов для создания высокопродуктивных пород домашних животных и сортов культурных растений. И селекция, и генная инженерия нуждаются в банке генов «дикой» природы. При отсутствии такового продуктивность «культурных» живых организмов может уменьшиться в 5-6 и более раз. Например, урожайность зерновых с 25 ц/га может упасть до 4 ц/га, а суточный удой коровы (в период лактации) с 25 литров до 3 литров, что недопустимо при сегодняшних темпах прироста народонаселения.

Выше было показано, что функционирование любой экологической системы можно оценивать направлением и величиной энергетических потоков. Излишнее отторжение биоэнергии в антропогенный канал или избыточные выбросы антропогенной энергии в окружающую природную среду приводят к негативным последствиям и для природы, и для человека.

Все экологические системы, и в целом биосфера – открытые системы с достаточно замкнутыми круговоротами веществ (см. рис.3.6), поэтому привнесение в них (или отторжение из них) определенных количеств биогенов и энергии приводит к нарушениям функционирования систем, в пределе к гибели прежних, образованию новых экосистем. Но обеспечивается ли экологическая ниша для самого человека в новых экологических системах? В ряде случаев продуктивность новых экосистем не может обеспечить потребности человека, возникают и другие негативные тенденции. Наиболее сложен вопрос о скоррелированности различных живых организмов биоценоза. Принцип Ле Шателье подтверждает необходимость высокой степени замкнутости круговоротов веществ (биогенов) в природных экологических системах, в том числе соседствующих с человеком, а также в агроценозах. В работе [15] показано, что в естественных условиях после усреднения по сезонным колебаниям и среднегодовым флуктуациям величина показателя разомкнутости биологических круговоротов поддерживается на уровне 10^-4, т.е. сотых долей процента. Показатель разомкнутости К рассчитывают по формуле:

(3.11)

где Р₍₊₎ и Р_(-) – поток синтеза и разложения биомассы, кг/м²·год. Частный случай Р₍₊₎ – Р_(G); Р_(-) – R.

Соотношение (3.11), численные значения показателя разомкнутости К для природных экологических систем, а также сведения, приведенные о потреблении продукции растительности суши в зависимости от размеров особей и особенностях питания консументов больших размеров: от 10^-2 до 2 м (последним необходимы органические вещества, синтезированные в других живых организмах), сведения об экологических пирамидах – все они свидетельствуют, что наиболее тонкими и неустойчивыми в жизни являются именно консументы. При этом с увеличением порядка консумента (консумент II порядка, консумент III порядка и т.д.), его размеров и подвижности, возрастают неустойчивость, генетическая неприспособленность к изменению условий жизни. Вспомним о динозаврах и мамонтах. Уберем консументов из схемы рисунка 3.6, круговороты веществ (биогенов) все равно будут замкнутыми, потребуется, возможно, лишь большее число редуцентов. Эта информация важна людям, которые являются консументами не менее чем III порядка крупных размеров активно передвигающимися. Роль их плоти слишком мала для функционирования естественных биоценозов, генетический же код их есть продукт мало зависящих от них процессов (если исключить негативные явления, обусловленные социальностью), даже не смотря на возможности клонирования и генной инженерии. Будем внимательны к явлениям в окружающей нас и независимой от нашего сознания природе.

Одна из основных задач рационального природопользования – вести хозяйство таким образом, чтобы в природных экосистемах К не превышал 0,000А. Изменение величины К происходит вследствие загрязнения среды.

Вопросы для самостоятельных занятий к разделу 3

1. Поясните своими словами определение жизни (биологическое).

2. Какова связь между белком и полипептидом?

3. Поясните следующие термины: геном, генотип, генофонд.

4. Какова роль нуклеиновых кислот в живом организме?

5. Какова роль транскрипции и трансляции в передаче наследственной информации?

6. Какие функции выполняют белки в живом организме?

7. Обсудите основные признаки живых организмов.

8. Сколько различают уровней организации живой материи?

9. Как классифицируют живые организмы?

10. Представители каких царств формируют микробоценоз, фитоценоз, зооценоз?

11. Из каких компонентов состоят экологические системы?

12. Приведите примеры экологических систем.

13. Приведите примеры взаимодействий между живыми организмами, между организмами и компонентами окружающей неживой среды.

14. Приведите синоним слова «трофический».

15. В чем различие между продуцентами и консументами?

16. Какие организмы называют редуцентами?

17. Приведите пример трофической цепи с указанием конкретных живых организмов и их трофическую принадлежность. Обратимы ли потоки массы и энергии в этой экологической цепи?

18. Приведите примеры биогенов.

19. Что такое экологическая пирамида?

20. Какие типы экологических пирамид Вам известны?

21. На что расходуется энергия потребленной пищи?

22. Приведите математическую корреляцию между валовой первичной продукцией (Р_G), чистой первичной продукцией (Р_N) и дыханием растений (R).

23. Основываясь на экологическом понятии урожая, объясните, в чем заключено противоречие между хозяйственными устремлениями людей и стратегией развития природы.

24. В чем заключен смысл образования сообществ живых организмов с экологических позиций?

25. Какие ограничения на потребление цивилизации накладывает необходимость сохранения биотических круговоротов веществ?

26. Какова роль отрицательных и положительных обратных связей в поддержании гомеостаза экологических систем?

27. Какова роль «помех» в эволюционном процессе?

28. Проиллюстрируйте единой кривой сукцессию, климакс, гомеостаз. Какие переменные отложите на координатных осях?

29. Какие из биомов наиболее устойчивы к внешним помехам?

30. Почвы каких биомов отличаются высоким плодородием, а каких – низким?

31. Плодородие почв каких биомов выше: тропических лесов или степей?

32. Какова роль тропических лесов в функционировании биосферы?

33. Каковы отличительные черты продуцентов морских экосистем?

34. Можно ли улучшить природу в зонах покоя, практически не охваченных деятельностью человека?

35. Каков порядок показателя разомкнутости биотических круговоротов в природных экологических системах?