Генофонд и причины гибели видов

Органический мир Земли образован совокупностью видов животных, растений, грибов, микроорганизмов. Каждый компонент органического мира взаимосвязан с другим, справедлив закон «все связано со всем». Изменение и тем более уничтожение одного из компонентов системы влечет за собой изменение, а в предельном случае гибель всей системы. Все это делает необходимым осуществление специальных природоохранных мероприятий, направленных на защиту всех живых организмов, сохранению биоразнообразия на планете.

Главная задача охраны природы — охрана генофонда — совокупности генов, которые имеются у всех особей популяций. Изменение генофонда происходит за счет мутаций, вызванных естественными факторами и факторами антропогенного происхождения. Уничтожение, истребление отдельных видов популяции обедняет генофонд планеты, который в настоящее время насчитывает около 1,3 млн видов только животных. Из 300 тыс. видов высших растений мировой флоры лишь около 2,5 тыс. постоянно применяют в сельском хозяйстве, а 20 тыс. — по мере необходимости.

Разнообразие природных форм организмов необходимо для проведения селекции. Селекция — наука о методах создания сортов, гибридов растений и пород животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Под руководством академика Н. И. Вавилова были выполнены работы по изучению многообразия и географического распространения культурных растений. Им было выделено семь центров происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм этих видов. Их охрана — гарантия практических успехов селекции.

Непосредственная причина вымирания видов в есте­ственных условиях — снижение его численности ниже критического уровня, который зависит от структуры по­пуляций вида и определяется законами популяционной генетики. Критическим называют тот уровень численно­сти, ниже которого вероятность близкородственного скре­щивания становится достаточно большой. Это ведет к уменьшению генетического разнообразия вида, так назы­ваемого резерва наследственной изменчивости. Следст­вием такого снижения численности становятся поэтому повышение доли потомков, имеющих врожденные на­рушения, которые повышают смертность в новых поко­лениях, снижают приспособителъные возможности и пло­довитость остающихся в живых. В результате численность уже необратимо падает и через небольшое число поколе­ний вид полностью исчезает. В этом смысле в опасном по­ложении находятся сейчас уже многие виды. Например, гепард, уникальный «спринтер» среди хищных млекопи­тающих, в Африке не только малочислен, но и имеет очень низкие показатели внутривидового генетического разно­образия. Фактически все африканские гепарды оказались более или менее близкими родственниками. У них мак­симальная среди представителей семейства кошачьих смертность молодых животных в первые дни и неделя жизни, они больше других кошачьих подвержены ин­фекционным заболеваниям.

Однако снижение численности — в той же мере непо­средственная причина вымирания вида, в какой останов­ка сердца — непосредственная причина гибели отдельно­го животного. Истинная причина вымирания — это те условия, которые приводят численность вида на критиче­ский уровень и продолжают действовать в течение жизни нескольких поколений. Из всего разнообразия внешних условий для каждого вида живых существ можно вы­делить отдельные факторы, которые принято разделять на биотические, связанные с другими видами (объекты питания, хищники, паразиты, конкуренты и т. п.), и абио­тические, факторы неживой природы (температура, влаж­ность, свет, соленость и т. п.).

Как правило, только один из факторов оказывается главным ограничителем численности интересующего нас вида. Такой фактор называется лимитирующим. Напри­мер, для большинства лососевых лимитирующим факто­ром оказывается содержание кислорода в воде, в которой развивается их крупная икра. Это определяет характер нерестовых рек лососевых — низкая температура и бы­строе течение, насыщающие воду кислородом, низкое со­держание органических веществ, окисление которых снижает содержание в воде кислорода, низкая минера­лизация воды. Загрязнение нерестовых рек быстро ведет к снижению численности лососевых. Для белки в зоне тайги лимитирующий фактор — урожай семян ели, для водяной крысы в поймах рек — уровень весеннего поло­водья. Надо иметь в виду, что выделить из множества биотических и абиотических факторов единственный лимитирующий не всегда просто, а иногда лимитирую­щим оказывается взаимодействие двух или более фак­торов. Например, для многих водных беспозвоночных температурный оптимум оказывается разным при раз­личной солености, и их численность лимитируется вза­имодействием этих факторов.

Биотические факторы

В природе происходят периодические изменения ус­ловий, в частности климатических, связанные с циклами солнечной активности, периодическими измененияии основных направлений переноса влаги ветрами и с дру­гими причинами, часто взаимодействующими слишком сложным образом, чтобы можно было всегда уверенно указать основные причины подъема или снижения чис­ленности того или иного вида. Кроме того, многие виды зависят от численности друг друга, как, например, в слу­чае взаимодействия хищников и жертв. Чис­ленность многих видов соответственно имеет многолетние, связанные с солнечными, и другие циклы, в которых бывают минимумы, когда вид становится наиболее уяз­вимым. Это явление особенно характерно для относитель­но простых экосистем, где обычно небольшое число видов представлено большим числом особей. Для выживания в таких экосистемах с суровыми и часто переменчивыми условиями жизни оказалась, очевидно, выгодной и закре­пилась эволюцией изменчивость численности в широких пределах как форма существования видов. Простейший пример такого вида с большой амплитудой колебаний чис­ленности представляет обыкновенная домашняя муха, численность которой в конце лета и ранней весной может отличаться в сотни тысяч раз.

В мире растений господствует вытеснение менее совершен­ных форм более совершенными. Отстающие группы вытеснялись теми растениями, которые осуществили важные достижения про­грессивного значения. У лептоспорангиатпых папоротников имеются приспособления к быстрому опоражниванию спорангиев и разбрасыванию спор, чего не было у эвспорангиатных папорот­ников, господствовавших в палеозое, но затем отошедших на вто­рой план. Для того чтобы подобные усовершенствования («изобре­тения») вели к вытеснению отстававших конкурентов, требовалось, конечно, много времени. И в некоторых условиях среды «отстаю­щие» могли все же выживать долго, даже до нашего времени.

Очень часто справедливо отмечалось прогрессивное значение семенного размножения по сравнению со споровым. Замечательный американский палеоботаник-дарвинист Э. У. Берри считал возникновение семян чрезвычайно большим шагом вперед, «огромным преимуществом». Достижение эволюцией некоторых голосеменных растений уровня покрытосеменности обусловило их успех в вытеснении других отстающих голосеменных. Б. А. Кел­лер правильно указывал признаки высокой орга­низации покрытосеменных по сравнению с голосеменными; это касается как органов воспроизведения, так и органов вегетатив­ных. Такими достижениями покрытосеменным была обеспечена широкая экспансия в те экологические области, куда не могли проникать голосеменные. Кроме того, эти преимущества покры­тосеменных ставили их в выгодные условия в борьбе за сущест­вование и на тех пространствах, где произрастали голосеменные.

Абиотические факторы

Кроме того, в процессе геологической эволюции зем­ной коры возникают и разрушаются горные цепи, пере­мещаются континенты, изменяется климат, огромные массы пресной воды то связываются в полярных льдах, то вновь поступают в атмосферногидросферный круго­ворот. Геологические изменения сопровождаются, таким образом, изменениями географии планеты, но эти изме­нения происходят чрезвычайно медленно, причем дли­тельные, продолжающиеся миллионы и десятки миллио­нов лет периоды относительно спокойной эволюции земной коры сменяются иногда периодами бурного раз­вития геологических процессов, занимающими «всего», десятки и сотни тысячелетий.

На фоне идущих с переменной скоростью процессов геологической эволюции земной коры и географической среды работают механизмы биологической эволюции, которые, по-видимому, достаточно универсальны, но в зависимости от условий, в которых они протекают, могут давать различные результаты. В основе изменчивости лежит мутационный процесс. Мутации — это изменения в структуре молекул вещества — носителя генетической информации, ДНК. На молекулярном уровне они вызываются воздействия­ми, энергия которых сравнима с энергией ковалентных связей, удерживающих тот или иной мономер — нуклеотид на своем месте в полимерной молекуле ДНК. К числу таких воздействий относятся различные мутагенные факторы — радиация, рентгеновское и жесткое ультра­фиолетовое излучения, космические лучи, тепловой шум, некоторые химические вещества. Мутации имеют принципиально случайный характер.

Самой распространенной из всех гипотез, связанных с абиотическими факторами, считается та, которая связывает видовое богатство с устойчивостью климата, то есть с его незначительными колебаниями по сезонам. Именно таким является климат тропиков, особенно экваториальная зона. Среда с устойчивым климатом благоприятствует специализированным видам, занимающим узкие экологические ниши.

Важное значение имеет и сложность структуры местообитаний. Это видно хотя бы из того, что в лесу (многоярусная структура) живет больше видов птиц, чем на лугу. Для морских животных, обитающих в приливной зоне, где дно состоит из частиц различных размеров, больше видов беспозвоночных животных, чем на том же мелководье с однообразным илистым дном.

Причины гибели видов, связанные с человеческой деятельностью

Сокращение численности видов животных под влиянием хозяй­ственной деятельности людей началось очень давно, но особенно усилилось в эпоху научно-технической революции. При этом ско­рость вымирания видов животных неуклонно возрастала, причем с особой стремительностью в последние полтора - два века.

Легко представить себе основные причины сверхкритического снижения численности видов, которое приво­дило к их вымиранию при смене условий. Это, прежде всего, сокращение местообитаний, обеспечивающих весь комплекс факторов внешней среды, которые определяют возможность существования вида. Лимитирующим фактором, в зависимости от биологических свойств вида, могло быть прямое воздействие изменения климатических условий и физико-хи­мических характеристик среды обитания. Им мог быть любой биотический фактор, например резкое сокращение численности основных кормовых растений или, для хищ­ника, обычных объектов охоты. Важным фактором могло стать появление вида-конкурента, лучше приспособлен­ного к выживанию в ухудшившихся условиях.

С тем же результатом — снижая численность до кри­тического уровня и ниже — действуют ныне со все воз­растающей эффективностью факторы, связанные с дея­тельностью человека. Их называют антропогенными, от греческого «антропос» — человек. Антропогенные факторы действуют как непосредственно, так и через изменение свойств природной среды. Так, сокращение местообитаний происходит главным образом за счет хо­зяйственного освоения новых территорий — вырубки лесов, распашки, расширения используемых под паст­бища территорий и увеличения пастбищной нагрузки, строительства новых поселков и городов, расширения дорожной и других коммуникационных сетей. Допол­нительно значительные территории и большие водные пространства, особенно внутренние моря, озера и реки, на­столько изменяются за счет накопления вредных веществ, что становятся непригодными для жизни многих видов.

Следует помнить, что главный ущерб разнообразию состоит не в их гибели из-за прямого пре­следования и уничтожения, а в том, что в связи с освоением новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных эко­систем оказываются нарушенными. Это так называемое «косвенное воздействие» приводит к вымиранию десятков и сотен видов живот­ных и растений, многие из которых не были известны и никогда не бу­дут описаны наукой. Значительно ускорился процесс вымирания, на­пример, животных, в связи с уничтожением тропических лесов. За пос­ледние 200 лет их площадь сократилась почти вдвое и продолжает сокращаться со скоростью 15—20 гектаров в минуту. Практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Сообщества тун­дры также интенсивно разрушаются. Во многих районах находятся под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества.

В нарушенных, обеденных из-за воздействия человека сообще­ствах в наше время уже возникают новые виды с непредсказуемы­ми свойствами. Следует ожидать, что этот процесс будет лавинооб­разно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти их разрушение и наступить экологический кризис.

Помимо сокращения видового разнообразия широко известно исчезновение их популяций в отдельных регионах.. В результате фа­уны многих стран лишились ценных в прикладном и научном отно­шении видов.

Гибель видов в результате прямого и косвенного воздействия человека в особенно крупных масштабах известна в Австралии, Африке и Северной Америке. Сильно пострадала фауна океаниче­ских островов. Катастрофическое сокращение числа видов птиц на океаниче­ских островах связано с коренным изменением естественных при­родных ландшафтов и конкуренцией с завезенными туда домашни­ми и дикими животными. Вымирание птиц на острове Лусон (Га­вайский архипелаг) произошло через 40 лет после заселения его людьми и через 25 лет после завоза туда кошек. Существуя дли­тельное время в условиях изоляции и без конкуренции со стороны других видов, островные птицы стали узко специализированными к определенным условиям. Изменение этих условий под влиянием хозяйственной деятельности, конкуренция со стороны завезенных человеком животных отрицательно сказались на их выживании.

Обитатели материков экологически более пластичны, легче переносят изменение среды обитания. На материках исчезновение видов происходит не так стремительно, как на островах, и связано с чрезмерной охотой, прямым преследованием и изменением условий обитания одновременно. Об этом свидетельствует история исчезновения многих видов.

Вымершие виды животных навсегда потеряны для биосферы и для человека. Анализ причин их вымирания важен для предупре­ждения этого печального явления в будущем.

Очевидно, что для про­гноза судьбы любого вида, численность которого пада­ет, нужно знать как природные, так и антропогенные факторы, влияющие на его состояние. Только в этом случае можно надеяться на уменьшение их воздействия на вид за счет организации специальных мер.

Здоровая окружающая среда составляет огромную ценность. Поддержание здоровья окружающей среды означает сохранение в хорошем состоянии всех ее составляющих: экосистем, сообществ, видов и генетического разнообразия. Первоначальные небольшие нарушения в каждом из этих компонентов могут в конечном итоге привести к его полному разрушению. Об этом должен знать каждый человек.

Генофонд

и причины гибели видов

Андрей Стребеж

10 Класс

2010 год.