1. Понятие биоразнообразия
1.1. Сущность биоразнообразия
Биоразнообразие в последнее десятилетие становится одним из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных связях. Научные исследования доказали, что необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень природного разнообразия на нашей планете. В настоящее время биологическое разнообразие рассматривается как основной параметр, характеризующий состояние надорганизменных систем. В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия выступает в качестве основы экологической политики государства, стремящегося сохранить свои биологические ресурсы, чтобы обеспечить устойчивое экономическое развитие.
Термин «биоразнообразие» является сокращением сочетания слов «биологическое разнообразие». Разнообразие – это понятие, которое имеет отношение к размаху изменчивости или различий между некоторыми множествами или группами объектов. Биологическое разнообразие, следовательно, имеет отношение к разнообразию живого мира. Термин «биоразнообразие» обычно используется для описания числа, разновидностей и изменчивости живых организмов. В широком смысле этот термин охватывает множество различных параметров и является синонимом понятия «жизнь на Земле».
В научном мире понятие разнообразия может быть отнесено к таким фундаментальным понятиям, как гены, виды и экосистемы, которые соответствуют трем фундаментальным, иерархически зависимым уровням организации жизни на нашей планете.
Явление разнообразия живых организмов определяется фундаментальным свойством биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, их способностью к спонтанным изменениям структуры, что приводит к изменениям геномов, к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе разнообразие создается в результате трех независимо действующих процессов: спонтанно возникающих генетических вариаций (мутаций), действия естественного отбора в смешанных популяциях, географической и репродуктивной изоляции. Данные процессы, в свою очередь, ведут к дальнейшей таксономической и экологической дифференциации на всех последующих уровнях биологических экосистем: видовом, ценотическом и экосистемном.
Термин «биологическое разнообразие» используется активно не менее полувека. За это время много сделано для понимания самого явления и разработки методов его измерения.
Одним из существенных достижений здесь является расширение наших представлений о видовом разнообразии жизни на Земле. Если сейчас описано 1,75 млн. видов растений, животных, микроорганизмов, то, по мнению ведущих специалистов-систематиков, их реальное число достигает не менее 10–35 млн., в том числе 1 млн. видов микроорганизмов, 1 млн. видов нематод, 10 млн. видов насекомых и около 10 млн. видов грибов. Особенно плохо изучены влажные тропики, где, как полагают, описан только 1 из 20 обитающих видов, особенно среди насекомых, грибов, а также почвенной фауны. При всей неполноте наших знаний нельзя не отметить, что в XX столетии число таксонов животных и растений увеличено по меньшей мере в 500 раз по сравнению с концом XIX века.
Биоразнообразие или биологическое разнообразие - это термин, который описывает разнообразие живых организмов на Земле и степень изменения жизни. Биологическое разнообразие включает в себя микроорганизмы, растения, животных и экосистемы, такие как коралловые рифы,леса,пустыни и т.д. Биоразнообразие - это все, от возвышающихся деревьев до крошечных одноклеточных водорослей, которых невозможно увидеть без микроскопа.
Оно также относится к количеству или обилию различных видов, живущих в определенном регионе. Биологическое разнообразие представляет собой богатство доступных для насбиологических ресурсов. Речь идет о поддержании естественных областей, состоящих из сообществ растений, животных и других живых существ, которые изменяются или вымирают из-за антропогенного воздействия, и разрушенияместообитаний.
1.2. Факторы, влияющие на биоразнообразие
В широком понимании биоразнообразие подразумевает разнообразие жизни во всех её проявлениях. Это определение соответствует феномену мироздания – разнообразию, которое лежит в основе устройства материального мира, касаясь как неживой, так и живой компоненты. Соответственно, развитие мира на биологическом уровне материи характеризовалось общей тенденцией увеличения разнообразия живых существ. Это не означает равномерного течения процесса, и в эволюции органического мира периоды нарастания разнообразия форм, иногда резкого, сменялись вымиранием видов вплоть до событий катастрофических масштабов. В фанерозое насчитывалось около 8 массовых вымираний, из которых 4 относят к «великим вымираниям». Это освобождало экологические ниши для новых таксонов, жизнь продолжалась, увеличивая свое разнообразие. Например, в мезозое исчезло 96% всех видов биоты и потребовалось 5 млн. лет, чтобы биоразнообразие вновь начало заметно расти.
Так может человечество напрасно беспокоится о сокращении биоразнообразия, возводя это в глобальную проблему? Аналогичный вопрос в настоящее время задают и в отношении климата, оперируя данными о его изменении в истории Земли. Учитывая связь двух обозначенных явлений, следует остановиться на этом аспекте, и подчеркнуть неправомерность сравнения современных последствий с прошлым. Как климатические катастрофы, так и изменение биоразнообразия преломлялись через иное, по сравнению с настоящим, состояние биосферы и имели другие несравнимые темпы, иногда на уровне миллионов лет. В прошедших геологических периодах вымирание видов было сбалансировано или увеличивалось за счет становления новых видов. По приблизительной оценке, общее число видов организмов за все время существования жизни превышает миллиард.
Нынешние темпы вымирания в 100–1000 раз превышают таковые предшествующих эпох. Рассчитано, что если эти темпы останутся на нынешнем уровне и не будут нарастать, то через 50-100 лет планета потеряет от 25 до 50 % современного видового разнообразия. Это, так называемое шестое вымирание, характеризуемое беспрецедентной и необратимой утратой видов, обусловлено в основном деятельностью человека. Известным примером утраты видов за счет их истребления человеком служит уничтожение в Северной Америке за 3 тыс. лет около 40 видов птиц 50 видов млекопитающих.
Международный союз охраны природы оценил темпы исчезновения видов по имеющимся историческим документам, коллекциям, научным описаниям. Так, с 1600 г. по 1975 г. исчезли 63 вида и 44 подвида млекопитающих, 74 вида и 87 подвидов птиц. Ускорение темпов вымирания по 1–2 вида в десятилетие фиксируется в XVII–XVIII вв. С XX века скорость вымирания резко возросла, когда ежедневно исчезает от 1 до 10 видов животных (включая позвоночных и беспозвоночных) и еженедельно по 1 виду растений, а более 20 тыс. видов растений и животных находятся под угрозой.
Поэтому современные последствия происходящих изменений носят принципиально другой характер, включающий к тому же социальную подоплеку проблемы. Если наступление моря при потеплении климата в прошлые геологические эпохи сдвигало эволюционные тенденции в развитии таксонов, и могло продолжиться очередным нарастанием биоразнообразия, то сейчас на первый план выходит угроза затопления наиболее освоенных людьми прибрежных территорий. Снижение при этом биоразнообразия также означает угрозу потери биологических ресурсов или вспышки численности нежелательных для сосуществования с человеком видов. В планетарном же прошлом складывающийся иной уровень биоразнообразия адекватно отражал новые условия существования, и его поддержание обеспечивалось изменением биотических отношений при перестройках экосистем. В настоящее время суть глобальной проблемы сохранения биоразнообразия заключается в эффекте «бумеранга», то есть деяния по изменению природы оборачиваются негативом для самого социума. При этом особенно опасен становится эффект «резонанса», когда деятельность человека способствует развитию нежелательных природных явлений, что резко ускоряет происходящие процессы.
Позиция в дискуссии по поводу потепления климата, рассматривающая это как часть природного цикла, не должна игнорировать и существенный вклад антропогенной составляющей за счет увеличения парниковых газов. В свою очередь, возрастания объема воздушной эмиссии связано с развитием промышленности, сельского хозяйства, а значит с негативным влиянием урбанизированных территорий и трансформированных ландшафтов на биоразнообразие.
Рис. 1. Факторы, влияющие на биоразнообразие
Помимо глобальных климатических изменений, среди основных факторов, способствующих потере биологического разнообразия, Всемирный союз охраны природы отмечает следующие: опустынивание; утеря и фрагментация естественной среды; загрязнение окружающей среды; конкуренция со стороны инвазивных видов; рост населения, чрезмерное потребление и безрассудное использование природных ресурсов.
Сложность поддержания биоразнообразия зависит не только от мощного воздействия перечисленных факторов, но и от их комплексного характера влияния. Среда, воздействующая на организмы, не является простым набором факторов, что отражает одно из классических положений экологии – закон взаимодействия факторов. Совместное действие факторов может иметь аддитивный (дополнительный) или синергетический эффект, когда влияние больше суммы его составляющих. Таким образом формальные оценки значимости факторов не учитывают их взаимодействия и взаимовлияния.
Следует отметить неоднозначный характер последствий деятельности человека, что может сопровождаться не только снижением биоразнообразия на разных уровнях, но его увеличением. Справедливым является обвинение в непосредственном уничтожении видов еще с периода исчезновения многих крупных плейстоценовых млекопитающих за счет охоты на них древнего человека. Однако, со времени «неолитической революции» начинался и другой процесс – формирование человеком биоразнообразия при развитии земледелия, растениеводства и животноводства. Искусственные системы такие, как сельскохозяйственные угодья, пригородные зоны нередко бывают более продуктивными и имеют достаточно высокое биоразнообразие.
Известным фактом является повышенное биоразнообразие луговых сообществ, а также разнообразие самих лугов, большинство которых относятся к вторичным экосистемам. Они возникли, благодаря уничтожению человеком лесов и кустарников, осушения болот и спуска озер, орошению степных и полупустынных биогеоценозов. Отсутствие сенокошения приводит к снижению биоразнообразия лугов. Для некоторых групп организмов усиление мозаичности ландшафтов служит благоприятным обстоятельством. Например, при выборочных рубках леса возникающие поляны, опушки, полосы вдоль дорог отличаются повышенным разнообразием цветковых растений и насекомых-опылителей. В то же время при сведении лесов фрагментация местообитаний негативно воздействует на популяции крупных млекопитающих. Следовательно, особенности биологии и экологии видов, таксономическая структура, сукцессии сообществ и развитие экосистем должны учитываться в разработке стратегии сохранения биоразнообразия
Следовательно, среда может рассматриваться как система, имеющая некоторое количество элементов (факторы, ресурсы, источники энергии, информации), связанных между собой специфическими связями. Отражением данного системного подхода к понятию среды можно считать представление о биохимическом разнообразии, создаваемым за счет метаболизма сообществ. С одной стороны это характеризует условия среды, но с другой – обилие химических веществ, выделяющихся в окружающую среду (воздух, почву, воду) поддерживается вторичными метаболитами, которые создаются в процессе жизнедеятельности организмов. Угнетение (ингибирование) за счет выделяемых метаболитов также может влиять на видовое разнообразие сообществ.Трудность прогноза последствий влияния многочисленных факторов на биоразнообразие связана и со спецификой уровней его организации.
Выделяется генетическое (разнообразие генов и их аллелей), видовое (разнообразие видов в экосистемах) и экосистемное разнообразие (разнообразие самих экосистем). Соответственно, процессы изменения генофонда и видообразования, циклы в сообществах и их сукцессии характеризуются разным откликом на внешние воздействия.
1.3. Структура и классификация биоразнообразия
Первым уровнем, по сути, функциональной основой биоразнообразия служит генетическое разнообразие – наследственная изменчивость внутри каждого вида, образованная как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Вымирание всего лишь одного дикого вида означает безвозвратную потерю от тысячи до сотен тысяч генов с неизвестными потенциальными свойствами. Ошибочно мнение, что уничтожение вида на других территориях при сохранении в заповеднике не наносит ущерб биоразнообразию. Это локальное сохранение только условно можно отнести к поддержанию числа видов, так как генетическое разнообразие уменьшается.
Отдельного рассмотрения заслуживает биоразнообразие, целенаправленно созданное человеком путем селекции, отбора, а теперь и генной инженерии. Создание человеком культурных форм имело глобальные последствия в плане изменения биоразнообразия на континентах, а не только на локальном уровне. Это происходило благодаря становлению цивилизаций, истории возникновения государств, было связано с с торговыми путями, мореплаванием, войнами и колониальными завоеваниями. Так, высокая культура индейских государств еще в средние века позволяла создавать ботанические сады, осваивать принципы искусственного отбора, интродукции, акклиматизации дикорастущих растений. Велись так называемые «войны за растения» и дань с покоренных народов взималась семенами растений. В историческом аспекте все страны оказывались в той или иной степени донорами и реципиентами, в отношении изменения разнообразия сообществ. Примером могут быть такие продовольственные растения, как арахис, бобовые, картофель, кокос, кукуруза и перец, которые первоначально произрастали лишь в Америке. При распространении в Азии, Африке и Европе, они не вытеснили местные культуры, а дополнили биоразнообразие этих регионов. Из Азии груша, овес, пшеница, рис, рожь и ячмень, а из Африки – кофе, просо и сорго были распространены в другие части света.
Особая роль в настоящее время принадлежит генетике, разные направления которой вносят свой вклад как в решение проблем изучения и поддержания биоразнообразия, так и создают новые угрозы. К положительным моментам относятся успехи палеогеномики, так как расшифровка геномов исчезнувших видов позволяет уточнить прошлое биоразнообразие Земли. В рамках генетической инженерии разработана технология терапевтического клонирования с целью восстановления вымерших видов, что дает надежду и для вымирающих видов.
Так, создан живой эмбрион животного – это реобатрахус (заботливая лягушка), вымерший 30 лет. Для этого ДНК неживого генетического материала внесли в яйцеклетки родственного вида лягушки и через несколько дней, эмбрион реобатрахуса ожил. Но пока не удается довести процесс до стадии головастика. Исследователи надеются, что усовершенствование технологии позволит выращивать вид до зрелого возраста.
Видовое биоразнообразие включает совокупность всех видов, которые населяют нашу планету от бактерий и простейших до царства грибов, многоклеточных растений, и животных. Взгляды ученых на общее количество видов, обитающих на Земле, сильно различаются. Приводятся цифры от 5 млн., чаще – до 30, а иногда – до 100 и даже 150 млн. видов. Наиболее авторитетная оценка видового разнообразия выполнена в ЮНЕП, в которой приводится вероятное количество видов –13–14 млн.
Разнообразие организмов можно разделить натаксономическое, как группировки по родству, итипологическое – группировки по тем или иным категориям признаков, не сводимых к родству. К последним относятся жизненные формы, стратегии жизни, ценотипы и др. Набор жизненных форм, представленных на некоторой территории, достаточно адекватно отражает степень разнообразия среды обитания.
Распределение видов в пространстве зависит не только от зональных, но и азональных средовых факторов. Это физическая и химическая неоднородность местообитания, его нарушения, особенности геоморфологии, микро- и мезоклимата, степень изоляции или островной характер. Местообитания представляет собой мозаику разнородных элементов среды и переходных зон, границ, экотонов между ними. В настоящее время приоритетным фактором для существования видов стало антропогенное воздействие. Не менее важное значение имеют биотические факторы, связанные со структурой и функционированием сообществ, в которые входит вид. К ним относится интенсивность хищничества и конкуренции, пространственная, или «архитектоническая», неоднородность, обусловленная самими организмами, а также положение в трофической структуре сообщества и стадия его сукцесии. Сложность биотической среды определяется ярусностью растительности, структурой фитоценоза, наличием видов эдификаторов, которые обладают средообразующими свойствами. Видовое разнообразие зависит от иммиграции и эмиграции популяций. Разная интенсивность физических нарушений может вызвать отличия в видовом богатстве соседних сообществ.
Заметное влияние на распределение видов оказывает продуктивность среды, климатическая изменчивость, «возраст» местообитания и «суровость» среды. В свою очередь, воздействие этих факторов преломляется через географические градиенты, связанные с широтой местности, высотой над уровнем моря и глубиной в водной среде. Поэтому «географический аспект» и зависимость биоразнообразия от факторов окружающей среды пришлось учитывать в его классификации.
Для разграничения разнообразия внутри одного местообитания или региона и разнообразия ландшафта, который содержит несколько местообитаний, Р. Уиттекер в 1960 году предложил следующую классификацию.
Альфа-разнообразие – разнообразие видов внутри местообитания или одного сообщества (локальный уровень). Оно характеризуется видовым богатством, то есть числом видов, встречающихся в пределах экосистемы (обычно на единицу площади в определенной стандартной выборке) и выровненностью, отражающей равномерность распределения численности видов. Выделение последнего признака связано с тем, что обычно в сообществах большая часть биомассы достигается за счёт вклада очень немногих видов. Для количественной оценки инвентаризационного разнообразия используются индексы разнообразия, определение доли редких и доминирующих видов.
Бета-разнообразие – разнообразие между местообитаниями, в сообществах по градиентам факторов среды в пределах ландшафта. Это отражает определенную степень различий в видовом составе между разными типами сообществ или местообитаний (ландшафтный уровень). Один из общих подходов к установлению бета-разнообразия – оценка изменений видового разнообразия вдоль средового градиента. Другой путь его определения – сравнение видового состава различных сообществ. Чем меньше общих видов в сообществах или в разных точках градиента, тем выше бета-разнообразие
Гамма-разнообразие – разнообразие видов в пределах крупных регионов в соответствии с дифференциацией условий по важнейшим географическим градиентам: широтному, высотному и градиенту «океан – суша». Оно применимо в больших географических масштабах и учитывает число видов на большой территории или континенте. Затем другие исследователи добавили к этой классификации дельта-разнообразие, определяемое изменениями климатических факторов, что выражается в смене растительных зон, провинций и т. д.
Экосистемное биоразнообразие – это совокупность экосистем планеты на всех уровнях. Разнообразие экосистем можно классифицировать либо по функциональным, либо по структурным признакам.
Р. Уиттекер предложил различать две формы разнообразия: инвентаризационное (оценка разнообразия экосистем разного масштаба как единого целого) и дифференцирующее (оценка разнообразия между экосистемами). Эта классификация включает в себя и типы видового разнообразия. Дифференцирующее разнообразие характеризует степень различий или сходства местообитаний, или выборок с точки зрения их видового состава и обилия видов вдоль градиента среды.
Таблица 1
Классификация биоразнообразия
Инвентаризационное
разнообразие Дифференцирующее разнообразие
Точечное альфа-разнообразие – разнообразие в пределах пробной площади или местообитания в пределах сообщества Внутреннее бета-разнообразие (мозаичное разнообразие, изменение между частями мозаичного сообщества)
Альфа-разнообразие (внутреннее разнообразие местообитания для описания, представляющего гомогенное сообщество) Бета-разнообразие (разнообразие между различными сообществами вдоль градиента среды)
Гамма-разнообразие (для ландшафта или серии проб, включающей более чем один тип сообщества, конкретную флору или фауну) Дельта-разнообразие (географическая дифференциация, изменение сообщества вдоль климатических градиентов или между географическими регионами)
Эпсилон-разнообразие (для биома, географического региона, включающего различные ландшафты) Омега-разнообразие (разнообразие биомов в рамках эпсилон разнообразия)
?
2. Программы развития биоразнообразия
2.1. Международная программа «Биологическое разнообразие»
Понятие «биоразнообразия» вошло в широкий оборот только в 1972 году на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде, где экологи сумели убедить политических лидеров стран мирового сообщества в том, что охрана живой природы должна стать приоритетной при любой деятельности человека на Земле.
Научную разработку программы осуществлял Международный союз биологических наук, создавший для этого в 1982 году на Генеральной ассамблее в Канаде специальную рабочую группу. Активное участие в формировании программы исследований и первых организационных мероприятий принял академик М.С. Гиляров, ставший одним из «отцов-основателей» этого крупнейшего международного проекта. Работа по изучению биоразнообразия велась союзом с 1991 по 1997 год в два трехлетних этапа: с 1991 по 1994 год – первый, предварительные итоги которого проведены в Париже в 1994 году, и второй, заключительный, с 1995 по 1997 год. Итоги второго этапа, как и программы в целом, подведены в ноябре 1997 года на 26-й сессии Генеральной ассамблеи Международного союза биологических наук в Тайбее. Но исследования биоразнообразия в других организационных формах продолжаются по более частным программам, таким как Биономенклатура, Виды-2000 – (индексация известных в мире видов), Биоэтика, Систематика-2000 и др. Биоразнообразие остается одним из трех главных приоритетов исследований как в биологии, наряду с биотехнологией и устойчивой агрикультурой, так и в биогеографии. С 1992 по 1997 год в мире велись региональные исследования, в России с 1994 по 2001 год – в рамках Государственной научно-технической программы России «Биологическое разнообразие».
Следует отметить большое значение принятия «Международной конвенции о биологическом разнообразии» на Конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро в 1992 году. Разработке и принятию Международной конвенции по биоразнообразию предшествовала активная деятельность многих организаций.
? В 1975 году вступила в силу Конвенция по международной торговле видами мировой флоры и фауны, находящимися под угрозой исчезновения. Конвенция запрещает или регулирует торговлю 20 000 видов, находящихся под угрозой исчезновения;
? В 1980 году UNEP, IUCN (Международный союз охраны природы и природных ресурсов) и WWF (Всемирный фонд дикой природы) опубликовали Всемирную стратегию охраны живой природы. Более 50 стран мира использовали ее для разработки национальных стратегий охраны живых организмов;
? В 1983 году вступила в действие Конвенция по сохранению мигрирующих видов диких животных;
? Создан Всемирный центр охраны и мониторинга (WCMC), целью которого является оценка распределения и обилия видов на планете, подготовка специалистов в области мониторинга биоразнообразия;
? UNEP и IUCN разработали и приступили к реализации совместных планов мероприятий по сохранению африканских и индийских слонов и носорогов, приматов, кошачьих и белых медведей.
? Международный Совет по генным ресурсам растений (IBPGR) в 30 странах мира организовал сеть банков генов, располагающих 40 основными мировыми коллекциями. Более 500 000 видов растений из 100 стран были собраны, оценены и размещены в хранилищах;
? Международный переговорный комитет, учрежденный руководящим советом UNEP, при участии многих международных организаций подготовил Конвенцию по биологическому разнообразию. В июне 1992 года во время Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро она была подписана представителями большинства стран, включая Российскую Федерацию. Главная цель подписанного документа – сохранение биологического разнообразия и обеспечение тем самым нужд человечества;
? В 1992 году разработана Глобальная стратегия биоразнообразия, целью которой стала ликвидация условий исчезновения видов.
