Один из интересных разрезов природной среды можно получить, прослеживая траекторию движения химических элементов, которые ее составляют. Хороший пример — азот, один из основных элементов как живой, так и неживой природы. Четыре химических элемента, которые служат строительным материалом живой материи — углерод, водород, кислород и азот, — движутся через в экосферу в громадных пересекающихся циклах: то это компонент воздуха, то элемент живого организма, то отбросы в водной среде, которые с течением времени могут превратиться в минеральные отложения или окаменелые останки.
Среди этих четырех элементов живого азот играет особо важную роль, потому что он служит чувствительным индикатором качества жизни. Первый признак нищеты — это недостаток азотсодержащей пищи. Следствием этого является слабое здоровье, потому что многие детали живой машины — белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и гормоны — построены из молекул, содержащих азот. Таким образом, азот непосредственно связан с нуждами человека, и, как видим, глобальный процесс миграции азота — это особенно важный для нас баланс.
В экосфере азот присутствует в сравнительно небольшом количестве химических форм. Наиболее типичное свойство химии азота заключается в том, что молекулы, содержащие азот, очень редко связываются с кислородом. Около 80 процентов земных запасов азота находится в атмосфере, где он существует в виде инертного газа. Большая часть оставшихся 20 процентов азота заключена в почвенном гумусе, очень сложной органической субстанции. Другая значительная доля содержится в живых организмах — почти исключительно в составе органических соединений.
Имея в виду эти сведения, попробуем взглянуть на некоторые свойства азотного цикла в природной среде. Лучше всего начать с почвы, изначального источника почти всей пищи и множества видов промышленного сырья. Почва — это чрезвычайно сложная экосистема, представляющая собой результат сбалансированного взаимодействия широкого многообразия микроорганизмов, животных
растений, функционирующих в установившейся физической среде. Азот поступает в почву благодаря азотной фиксации, процессу, осуществляемому различными бактериями и водорослями, одни из которых живут в почве самостоятельно, а другие связаны с корнями
бобовых, таких, как клевер, или с листьями некоторых тропических растений. Другой источник азота почвы — разложение отходов растительных и животных организмов. Значительная часть его оказывается связанной с гумусом. Гумус медленно высвобождает азот под действием почвенных микроорганизмов, которые переводят его в нитраты. В свою очередь нитраты, поглощаемые корнями растений, переходят в белок и другие жизненно важные составляющие растений. Растения поедают животные, экскременты и трупы животных возвращаются в почву, и цикл завершается.
Пожалуй, наиболее медленный процесс в этом цикле — высвобождение нитратов из гумуса. В результате естественное содержание нитратов в почвенной влаге невелико и корни должны усиленно работать, чтобы доставить растениям пищу. Для этой работы растениям требуется энергия, которая высвобождается в ходе биологических окислительных процессов, происходящих в корнях. Требующийся для этого кислород должен поступать к корням из воздуха, а процесс этот эффективен лишь в том случае, когда почва достаточно пористая. Пористость почвы очень сильно зависит от содержания в ней гумуса, потому что гумус имеет пористую структуру. Таким образом, пористость почвы, а следовательно, содержание в ней кислорода и эффективность усвоения питательных веществ корнями растений находится в тесной связи с содержанием гумуса в почве. В своем развитии растение преобразует неорганические питательные вещества в органическую материю (растительная субстанция), которая, распадаясь в почве, увеличивает содержание в ней гумуса, что, в свою очередь, повышает пористость почвы и в конечном итоге способствует эффективному росту растений.
Здесь целесообразно остановиться и рассмотреть два ряда взаимоотношений, которые только что были описаны: первый — миграция атомов азота в общем почвенном круговороте, второй — взаимная зависимость между эффективностью роста растений и структурой почвы. Отметим, что эти циклы различны по своей природе. Один описывает в буквальном смысле слова движение физического объекта — атома азота, другой, более абстрактный, включает в себя ряд зависимостей между процессами. Эти циклы тесно соприкасаются между собой в критической точке — гумусе. В рамках одного цикла гумус — это главный запас почвенного азота, необходимого для роста растений, в рамках второго им определяется физическая структура почвы, от которой зависит эффективность использования питательных соединений, в том числе азота, высвобождаемого гумусом.
Эта двойная роль гумуса в почве усиливает эффекты изменений свойств почвы. Так, если уменьшается содержание гумуса в почве, то падает и содержание нитратов, необходимых для роста растений. В то же самое время уменьшается и эффективность поглощения корнями питательных веществ, поэтому процесс воздействия гумуса на рост растений является самоускоряющимся. И наоборот, достаточное
количество гумуса ее только обеспечивает хороший запас азота, но и способствует эффективному усвоению его растениями. Любой природный агент, который, подобно гумусу, одновременно участвует в двух циклах или больше, играет, по-видимому, могущественную роль во всей системе в целом. Подобные связи увеличивают сложность системы, тонкость ее плетения и потому способствуют ее стабильности. Вот почему, когда эти петли слабеют, экологическая ткань рвется.
Как видно, для того чтобы понять решающее значение гумуса как примера только что описанных связей, мы должны были рассмотреть его одновременно в обеих ролях. К сожалению, такой способ анализа не распространен ввиду той специализации, которая разделяет биологов па два лагеря: или специалистов по почвенной структуре, или специалистов по питательным веществам растений. Как мы увидим несколько позже, в естественной тенденции думать только об одной какой-то вещи и состоит главная причина нашего непонимания окружающей среды и тех грубых ошибок, которые приводят к ее разрушению.
В естественных водоёмах превалирует сходный круговорот азота, с тою лишь разницей, что там отсутствуют крупные запасы органического азота, в почве представленные гумусом. В водных экосистемах азот движется циклически, проходя следующие этапы: рыбы дают органические отбросы; разлагающие микроорганизмы высвобождают азот из органических соединений и, связывая его с кислородом, переводят в нитраты; последние преобразуются в органическую форму водорослями; органическое вещество водорослей служит пищей для мелких водных животных (зоопланктона); они, в свою очередь, поедаются рыбой. Соотношение между скоростью разложения органических веществ и скоростью роста водорослей определяет концентрацию нитратов в воде.
Надо сказать, что лишь незначительная часть нитратов попадает в воду из почвы, хотя вода принимает самое активное участие в почвенном цикле. В результате содержание нитратов в естественных поверхностных водах очень низко, порядка одной части на миллион, а соответственно невелика и популяция водорослей. Это делает воду чистой и почти совершенно избавляет ее от органических
В сравнении с другими экологическими аренами — почвой и водой — атмосфера является наибольшей и наиболее однородной средой и гораздо меньше зависит от биологических процессов. Воздух имеет постоянный состав: около 80 процентов газообразного азота, около 20 -газообразного кислорода, очень небольшой процент (около 0,03) углекислого газа и незначительное содержание нескольких редких газов, таких как гелий, неон, аргон, а также водяной пар. Как и все на Земле, поведение к воздушного океана подчиняется циклам, но они значительно больше определяются физи-
вескими явлениями, нежели химическими или биологическими.
В небольшом временном масштабе атмосферные циклы — это то, что мы называем погодой. Погодные циклы управляются солнечной энергией, которая непрерывно поступает на Землю. Каждая субстанция земной поверхности, которая поглощает солнечную энергию, например почва, нагревается ею, если только эта энергия не вызывает изменения физического состояния. Энергия, поглощаемая льдом, вместо того чтобы нагревать его, может перевести его в жидкое состояние — воду. Энергия, поглощенная водой, или нагревать ее, или переводит в газообразное состояние — водяной пар. Если поглощающая субстанция легко меняет свое физическое состояние — например, вода в океане — то, несмотря на значительное количество поглощенной солнечной энергии, температура повышается незначительно. Вот почему в солнечный день песок горячий, а вода относительно холодна. После захода солнца воздух над горячим песком, будучи теплым и легким, поднимается; более холодный воздух с воды занимает его место — это прохладный береговой бриз.
Поглощаемая океанами, которые покрывают две трети земной поверхности, значительная доля солнечной энергии расходуется на переход воды из жидкого в газообразное состояние, процесс испарения. Каждый грамм водяного пара приносит в атмосферу вполне определенное количество солнечной энергии (около 536 грамм-калорий). Когда происходит обратный процесс — переход водяного пара в жидкость путем конденсации — это же количество энергии высвобождается. Так, энергия, полученная от Солнца, скажем, в летние жаркие дни Карибским морем, поступает в воздух с водяным паром. Когда водяной пар поднимается от земной поверхности, он встречается с очень холодным воздухом стратосферы и конденсируется, образуя дождевые капли. Каждый грамм водяного пара, который конденсируется в дождевые капли, высвобождает 536 калорий энергии. Вся эта энергия нагревает воздух, вызывая его подъем, холодный воздух опускается к поверхности, чтобы занять место поднимающегося теплого воздуха, — и возникают ветры. Таково происхождение карибских ураганов.
Это лишь несколько примеров погодных процессов и ежедневных изменений в атмосфере, которая омывает каждый уголок Земли, Для нас здесь существенно то обстоятельство, что в ходе погодных процессов происходит передвижение воздушных масс, покрывающих отдельные местности, например город, и вымывание взвешенных примесей, например загрязнителей. Погодные процессы способствуют очищению воздуха. Все, что попадает в атмосферу, вовлекается в эти процессы и, в конечном итоге, приносится на земную поверхность, где входит в природные кругообороты, происходящие в воде и почве.
Если движение воздуха незначительно, то все, что попадает в воздух за счет локальных процессов — например, смог, -— накапливается там. Спокойная погода способствует расположению теплого воздуха над холодным. Это отличается от обычных условий, когда наблюдается обратная картина: нижние слои воздуха теплее, чем верхние. Такое явление называется инверсией. Так как холодный воздух плотнее, чем теплый, вертикальной циркуляция в этих условиях становится невозможной. Инверсия может удерживать одни и те же воздушные массы над городом в течение несколько дней. В таких случаях — как это было, например, в Нью-Йорке в ноябре 1965 года, — концентрация * загрязнений может достигнуть критического уровня.
Погодные процессы происходят главным образом в нижних слоях атмосферы — между земной поверхностью и высотами порядка 10— 12 километров. Выше начинается стратосфера, почти лишенная влаги, облаков, дождя или снега. Некоторые примеси, поступающие в воздух, настолько легки, что попадают в стратосферу, где они могут оставаться очень долго. Некоторые осколочные радионуклиды — продукты ядерных взрывов — связаны именно с такими мельчайшими частичками, и они могут оставаться в стратосфере месяцами.
Изменения в составе атмосферы, имеющие больший временной масштаб, могут сильно повлиять на интенсивность и спектр солнечной радиации, которая достигает земной поверхности. Такой эффект может быть вызван увеличением содержания в атмосфере частиц пыли, водяного пара, облаков, углекислого газа и озона. Вообще говоря, водяной пар и облака действуют как щит: излучение, идущее к Земле от Солнца, рассеивается водяными каплями, так что значительная его часть не может дойти до поверхности. Таким образом, облачность понижает температуру на Земле.
Углекислый газ обладает специфическим свойством: он прозрачен для большей части солнечного спектра, кроме инфракрасной. В этом смысле углекислый газ подобен стеклу, которое беспрепятственно пропускает видимый свет, но отражает инфракрасный. Именно на этом эффекте основаны парники. Энергия видимой части излучения проходит через стекло и поглощается почвой в парнике, а затем превращается в тепло, которое теперь испускается почвой в виде инфракрасного излучения. Последнее, достигая стеклянной поверхности парника, отражается обратно и & сохраняется внутри парника в виде тепла. Вот почему даже в не обогреваемых парниках в солнечный зимний день тепло. Подобно стеклу, углекислый газ. атмосферы регулирует температуру земной поверхности как гигантский энергетический клапан. Солнечная энергия ‘ видимой часта спектра легко проходит через него; достигая поверхности Земли, большая часть этой энергии превращается в тепло, но испускаемое нагретой землей инфракрасное излучение задержи-
вается в атмосферном парнике, поглощаясь углекислым газом.
Таким образом, чем выше концентрация углекислого газа в атмосфере, тем большая часть солнечной радиации усваивается Землей в виде тепла. Это объясняет, почему в ранний период истории Земли, когда концентрация углекислого газа была высокой, средняя температура на нашей планете достигала тропического уровня. Затем, когда появилась огромная масса растений, большая часть углекислого газа перешла в органическое вещество растений (которое затем отложилось в виде угля, нефти и природного газа), климат Земли стал холоднее. Теперь, когда мы сжигаем эти запасы топлива и превращаем их в углекислый газ, концентрация его в атмосфере увеличивается; как это может повлиять на температуру на Земле — вопрос, который сегодня служит предметом научной дискуссии.
Другая составляющая воздуха, озон, играет особую роль в регулировании потока радиации, достигающей поверхности Земли. Озон — это химически активные молекулы, состоящие из трех атомов кислорода, соединенных в виде треугольника. Он хорошо поглощает ультрафиолетовую радиацию. Озон образуется из кислорода, но поскольку у земной поверхности он интенсивно реагирует с другими веществами, этот газ присутствует как таковой в основном лишь в верхних, слоях стратосферы. И вот, в то время как атмосфера Земли получила кислород благодаря фотосинтезу зеленых растений, планета в свою очередь получила озоновый щит на больших высотах. А до этого земная поверхность омывалась интенсивным ультрафиолетовым излучением, которое фактически было энергетическим источником в процессе преобразования компонентов первичной земной атмосферы — метана, воды и аммиака — в «бульон» из органических соединений, где впервые зародилась жизнь. Однако ультрафиолетовая радиация очень опасна для чувствительного равновесия химических реакций в живых клетках, и, по-видимому, первые живые организмы выжили только потому, что они развивались под слоем воды, достаточно мощным, чтобы защитить их от ультрафиолетовой радиации, достигающей поверхности Земли.
Лишь с появлением кислорода и озонового щита интенсивность ультрафиолетовой радиации на земной поверхности понизилась достаточно для того, чтобы живые организмы смогли уйти из-под защиты воды и начать заселение суши. Продолжительное существование сухопутной жизни стало возможным благодаря озоновому слою в стратосфере — защите, которая сама явилась продуктом жизни. Если бы содержание озона в стратосфере уменьшилось, сухопутная жизнь серьезно пострадала бы от солнечной ультрафиолетовой радиации. К сожалению, некоторые виды человеческой деятельности создают эту угрозу. Например, сверхзвуковая авиация (СЗА),
Таковы, в общих чертах, природные циклы, которые управляют тремя большими глобальными системами: воздухом, водой и почвой. В пределах каждой из них живут тысячи видов различных организмов. Каждый вид приспособлен к своей экологической нише и каждый в ходе своей жизнедеятельности влияет на физические и химические свойства непосредственно окружающей его среды.
Каждый вид жизни связан со множеством других. Эти связи ошеломляют своим разнообразием и восхищают своей сложностью. Животное, например олень, зависит от растений как от источника пищи; растение зависит от почвенных бактерий, доставляющих ему питательные вещества; бактерии в свою очередь живут в отбросах, оставляемых животными на почве. В то же самое время олень служит пищей для горных барсов. Одни насекомые питаются соками растений или цветочной пыльцой, другие — сосут кровь животных. Бактерии могут жить во внутренних тканях животных и растений. Грибковые разлагают ткани мертвых растений и животных. Все это сложнейшее многообразие взаимоотношений между отдельными видами создает грандиозную паутину жизни на Земле.
Наука, которая изучает взаимоотношения и процессы, связывающие каждый живой организм с его физико-химической средой, называется экологией. Это наука о домоводстве в планетарном масштабе. Об окружающей нас среде можно сказать, что это до«, созданный на Земле жизнью для жизни. Экология — молодая наука, и многое из того, чему она учит, стало известно в ходе изучения лишь небольших сегментов единой живой системы Земли. Экология еще не достигла такой целостности и степени обобщения, какие характерны, скажем, для физики. Тем не менее она сумела сделать ряд обобщений, которые почти с очевидностью следуют из того, что мы теперь знаем об экосфере, и которые могут быть представлены в виде некоторой системы «законов экологии». Они описаны ниже.
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ:
все связано со всем
Некоторые из доводов, на которых построено это обобщение, уже обсуждались. Оно отражает существование колоссальной сети связей в экосфере: между различными живыми организмами, между популяциями, видами, а также между отдельными организмами и их физико-химическим окружением. То положение, что экосистема состоит из множества взаимосвязанных частей, где одна воздействует на другую, имеет несколько удивительных следствий. Наша способность представить себе поведение таких систем в значительной степени обязана развитию не столько экологии, сколько науки кибер-
нетики. Ее основные понятия и даже само название — заслуга изоб-ретательного ума Норберта Винера.
Слово «кибернетика» происходит от греческого слова «рулевой»; оно обозначает цепочку событий, которые управляют поведением системы. Рулевой — это часть системы, в которую входят также компас, рулевое устройство и корабль. Если корабль отклоняется от фиксированного компасом курса, стрелка компаса показывает это. Это явление, отмеченное рулевым, влечет за собой другое: рулевой поворачивает штурвал, который возвращает корабль к прежнему курсу. После этого стрелка компаса занимает свое прежнее положение, по курсу, и цикл завершен. Если при небольшом отклонений стрелки компаса рулевой поворачивает штурвал слишком далеко, отклонение корабля от курса опять фиксируется компасом, который сигнализирует рулевому о необходимости дополнительной коррекции, которая производится обратным движением. Таким образом, реализация этого цикла стабилизирует курс корабля.
Точно так же построены стабилизирующие кибернетические связи в экологическом цикле. Возьмем, например, пресноводный экологический цикл: 2 рыба — органические отбросы разлагающие бактерии — неорганические продукты — водоросли и рыба. Предположим, что необычно теплая летняя погода обусловила быстрый рост водорослей. Это влечет за собой истощение запаса! неорганических питательных веществ; таким образом, два «сектора круга, водоросли и питательные вещества, выходят из равновесного состояния, но в противоположных направлениях. Механизм экологического цикла, аналогично тому, как это было с кораблем, вскоре возвращает систему к равновесию. Увеличившись в количестве, водоросли становятся более доступной пищей для рыбы, это уменьшает популяцию водорослей, увеличивая количество отбросов у рыб а, следовательно, приводит к увеличению содержания питательных веществ в воде после разложения отбросов. Таким образом, количество водорослей и питательных веществ возвращается к своему пер-воначальному, равновесному соотношению.
В подобных кибернетических системах правильный курс поддерживается не жестким контролем, но гибкостью. Корабль, например, не движется все время прямолинейно, а совершает синусоидальное движение, попеременно отклоняясь в обе стороны от правильного курса. Частота этих Отклонений зависит от относительных скоростей на разных стадиях цикла, таких, например, как скорость, с которой корабль слушается руля.
Экологические системы подчиняются подобным же циклам, хотя они часто смазываются суточными или сезонными вариациями погоды или другими факторами окружающей среды. Наиболее типичным примером подобных экологических колебаний могут послужить периодические флуктуации численности; популяций пушного зверя. Например, по данным охотничьего промысла в Канаде известно,
что колебания численности кроликов имеют 10-летнюю цикличность. Когда кроликов много, рысь процветает; рост популяции рыси влечет за собой уменьшение популяции кроликов; когда она уменьшается значительно, для возросшего числа рысей начинает не хватать пищи; когда рыси начинают вымирать, их охота на кроликов становится менее интенсивной и последних становится больше. И так далее. Эти колебания являются следствием простой замкнутой связи, когда численность популяции рыси есть возрастающая функция от количества кроликов и когда численность популяции кроликов есть убывающая функция от количества рысей.
Подобные осциллирующие системы всегда подвержены опасности гибели: когда колебания достигают слишком большой амплитуды, система уже не может их компенсировать. Допустим, к примеру, что в одном из колебаний связи кролики — рысь рыси уничтожили всех кроликов (или, что то же самое, всех, кроме одного). Теперь популяция кроликов уже не может быть восстановлена. Рыси начинают вымирать, так как отсутствует пища; но на этот раз уменьшение численности рысей не влечет за собой восстановления численности кроликов. Рыси вымирают полностью. Система кролики — рыси приходит к гибели.
То, что мы называем «эвтрофикацией», также напоминает экологический упадок. Если содержание питательных веществ в воде становится настолько высоким, чтобы стимулировать быстрый рост водорослей, плотная популяция водорослей не может существовать долго. Поскольку толщина слоя водорослей растет, резко уменьшается поступление в нижние слои воды света, необходимого для фотосинтеза; поэтому любой скачок в развитии водорослей сопровождается быстрой их гибелью и появлением органических останков. Содержание их в воде может достичь настолько высокого уровня, что на их разложение уйдет весь кислород, растворенный в воде. Но тогда погибнут разлагающие бактерии, так как без кислорода они не могут существовать. Совершенный механизм водной экосистемы приходит в упадок.
Динамика поведения кибернетической системы — например частота ее собственных колебаний, быстрота ее реакции на внешние изменения и общая скорость ее функционирования — зависят от относительных скоростей, характерных для отдельных ее звеньев. В корабельной системе реакция стрелки компаса длится доли секунды, рулевого — несколько секунд, корабля — минуты. Эти различия в быстроте реакции порождают, например, характерную частоту колебаний курса корабля около правильного его значения.
В водной экосистеме каждому биологическому звену также свойственна своя характерная скорость реакции, которая зависит от скорости метаболических процессов и размножения соответствующих организмов. Так, для появления нового поколения рыбы необ-
ходимо несколько месяцев, водорослей – несколько дней, разлагающие бактерии способны размножаться за несколько часов. Скорость метаболизма этих организмов, то есть скорость, с которой они усваивают питательные вещества, используют кислород или продуцируют отбросы, связана обратной зависимостью с их размерами. Если скорость метаболизма рыбы принять за единицу, то для водорослей эта скорость будет составлять около 100, а для бактерий — порядка 10 ООО единиц.
Для того чтобы вся циклическая система в целом оставалась в равновесии, необходимо, чтобы общая скорость ее внутренних процессов управлялась наиболее медленным звеном, в данном случае — ростом и метаболизмом рыб. Любое внешнее воздействие, которое ускоряет часть цикла и тем самым заставляет какую-то одну часть системы работать быстрее, чем система в целом, приводит к неблагоприятным последствиям. Так, например, скорость продуцирования рыбой отбросов определяет скорость метаболизма разлагающих бактерий и скорость потребления кислорода в процессе разложения. При равновесном состоянии системы кислород, который необходим для поддержания жизнедеятельности разлагающих бактерий, продуцируется водорослями и приходит из атмосферы. Предположим, что скорость поступления в систему органических отбросов резко возросла, например за счет сброса сточных вод. Теперь бактерии имеют дело с намного большим количеством органических отбросов, чем обычно; при большой скорости своего метаболизма они быстро расширяют свою активность па возросших запасах органических веществ. В результате скорость потребления кислорода разлагающими бактериями легко может превысить скорость продуцирования „кислорода водорослями (а также скорость его поступления из атмосферы), содержание кислорода в воде приблизится к нулю и система погибнет. Таким образом, скорости отдельных процессов цикла соответствуют естественному равновесию, которое достигается и поддерживается лишь при условии отсутствия внешних вмешательств в систему. Когда в цикл вторгается новый фактор, он не контролируется внутренними самоуправляемыми связями и представляет угрозу для стабильности всей системы.
Экосистемы имеют значительные различия в своих динамических характеристиках и, следовательно, в скоростях, с которыми они реагируют на внешние изменения или движутся к катастрофе. Например, водные экосистемы отличаются более быстрыми кругооборотами, чем почвенные. Так, один ар густо населенной прибрежной полосы моря или ар рыбохозяйственного пруда дает за год приблизительно в 7 раз больше органического вещества, чем ар живы, занятый люцерной. Медленный оборот почвенного цикла объясняется довольно низкой скоростью одного из множества составляющих его звеньев — высвобождения питательных веществ из почвен-
ных запасов органических веществ; этот процесс намного медленнее, чем соответствующий процесс в водных системах.
Величина нагрузки, которую может выдержать экосистема, также есть результат различных ее внутренних взаимосвязей и относительных скоростей реакции на внешние воздействия. Чем сложнее экосистема, тем большие нагрузки она способна выдержать. Вернемся к системе кролики — рыси: если бы рыси имели другой вид пищи, то они пережили бы внезапное исчезновение кроликов. Таким образом, ответвление, открывая альтернативные пути, повышает устойчивость экосистемы к нагрузкам. Большинство экосистем настолько сложны, что их циклы представляют собой не просто круги, а пересекающиеся разветвления, походящие на паутину. Подобно сети, каждый узел которой связан с другими несколькими нитями, наша система более устойчива, чем простой, «не ветвистый» круг нитей, который достаточно разрезать в любом месте, для того чтобы разрушить все сразу. Загрязнение окружающей среды служит сигналом того, что экологические петли где-то разрезаны и, следовательно, система значительно упростилась, став, таким образом, более чувствительной к нагрузкам и ближе к гибели.
Обратные связи в экосистемах часто приводят к усилению важнейших процессов. Например, тот факт, что в пищевых цепочках мелкие организмы поедаются более крупными, а те, в свою очередь, — еще большими, неизбежно приводит к концентрированию определенных элементов окружающей среды в тканях организмов, находящихся в вершине пищевой пирамиды. Для всех мелких организмов характерна более высокая скорость метаболизма, чем у крупных, поэтому количество окисляющейся пищи по отношению к массе тела у них больше. Следовательно, животные, находящиеся в вершине пищевой пирамиды, зависят от потребления значительно большей массы организмов, находящихся в основании пирамиды. Поэтому всякое вещество, которое не участвует в метаболизме, но содержится в организмах нижних звеньев пищевой цепочки, будет накапливаться в тканях представителей верхнего звена. Так, если принять концентрацию ДДТ (который практически не участвует в метаболизме) в почве за единицу, то концентрация его в организме земляного червя составит 10—40 единиц, а в организме глухаря, питающегося земляным червем, — 200 единиц.
Все это следует из простого факта: все связано со всем. Система стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам; эти же свойства под влиянием внешних перегрузок могут привести к драматической развязке; сложность экологической системы и скорость ее кругооборота определяют степень нагрузки, которую она может выдержать; экологическая сеть подобна усилителю: небольшой сдвиг в одном месте может вызвать отдаленные, значительные и долговременные последствия.
ВТОРОЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ:
все должно куда-то деваться
Это, разумеется, просто неформальная перефразировка фундаментальною физического закона — материя не исчезает. В применении к экологии этот закон означает, что в природе не существует такой вещи, как «мусор». В любой природной системе экскременты и отбросы одних организмов служат пищей для других. Углекислый газ, который выделяют животные как отходы дыхания, — это превосходное питательное вещество для зеленых растений. Растения «выбрасывают» кислород, который используется животными. Органические отбросы животных служат пищей для разлагающих бактерий. Их отбросы — неорганические вещества, такие как азот, фосфор и углекислый газ, — становятся пищей для водорослей.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| | |