Пол Митчелл - 101 ключевая идея: Экология
Динамику хаоса изучали в упрощенных лабораторных условиях на примере одного вида. Но какую роль детерминированный хаос играет в высшей степени изменчивых природных условиях, где много посторонних влияний? Ясные данные о хаосе в естественных условиях отсутствуют. Это не значит, что такого явления нет, или что оно не играет важной роли, просто в реальных условиях детерминированный хаос нелегко отличить от флуктуаций популяции, вызванных изменчивостью окружающей среды, не связанной с плотностью популяции.
См. также статьи «Метапопуляция», «Равновесие», «Регулирование численности популяции», «Факторы, зависящие от плотности».
ХВОЙНЫЕ ЛЕСА (ТАЙГА)
Полоса обширных хвойных лесов, основными видами растительности в который являются сосна и ель, постепенно передвигается на север, начиная с того времени, когда закончился последний ледниковый период и ледяные шапки планеты стали уменьшаться.
Для области хвойных лесов характерны холодная зима (до минус 40 °C) и относительно умеренное лето (10–15 °C). Зимой выпадает много снега, который оседает на ветвях деревьев. Особая форма ветвей ели помогает ей выдерживать давление снега — лишний снег просто сбрасывается вниз. Той же цели служит и хвоя. Форма хвоинок также помогает деревьям сократить потерю воды (недостаток воды хвойные леса испытывают оттого, что зимой она выпадает в виде снега, а в районах вечной мерзлоты круглый год существует в виде льда). Кроме того, вечнозеленые деревья всегда готовы к фотосинтезу, как только позволит температура.
Из-за густой тени в хвойных лесах, растительность нижнего яруса довольно бедна. Густой ковер из хвоинок при холодной температуре разлагается медленно. За многие тысячелетия эти леса накопили в деревьях, подстилке и почве огромные запасы углерода.
Сухая хвоя легко загорается, и потому хвойные леса особенно подвержены пожарам. Некоторые виды растений прекрасно приспособились к таким условиям. Есть даже такие, которым требуется пожар. При высокой температуре в шишках некоторых сосен плавится смола, освобождая семена. В канадских хвойных лесах первыми после пожара вырастают сосна и осина (которая может дать побег от корней). Они доминируют в течение первых нескольких лет после пожара, а позже их догоняет ель.
За последнее столетие средняя температура в северных хвойных лесах поднялась примерно на 2 °C; по мере того как становится теплее, леса теряют влагу и иссушаются. Они становятся более пожароопасными, а при пожарах, кстати, выделяется углекислый газ (основной «парниковый газ»). Если пожары достаточно интенсивны и затрагивают почву, то выделяется большое количество накопленного в ней углерода.
См. также статьи «Глобальное изменение окружающей среды», «Пожары», «Тундра».
ХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Потеющие и плохо пахнущие ноги — это вовсе не смертельно и даже не опасно для здоровья, но только если вы не живете в странах, где распространена малярия. Комаров — переносчиков малярии привлекает запах различных химических веществ, которые выделяет наше тело через кожу и дыхание. Люди с плохо пахнущими ногами кажутся им более привлекательными (этот залах образуется в результате деятельности бактерий, обитающих в потовых железах).
Химические вещества — это важное средство случайной и преднамеренной передачи информации как внутри одного вида, так и между представителями разных видов. Они могут приносить пользу отправителю или получателю этих своеобразных сигналов. Где есть передача информации, там возможен и обман. К примеру, некоторые пауки заманивают самцов бабочек, выделяя запах самок, а некоторые растения привлекают для своего опыления насекомых, питающихся гнилым мясом или навозом.
Химические вещества порой играют очень важную роль при защите или атаке организмов. В качестве примеров можно привести жука-бомбардира, который выпускает в своих врагов струю горячих ядовитых химикалий, и ежей, которые смазывают свои колючки ядовитым веществом, полученным с кожи жаб.
Как и следовало ожидать, средства химической защиты наиболее развиты и разнообразны у растений. В растениях содержится большое количество химических веществ, предназначенных, по всей видимости, исключительно для самообороны. Эти вещества могут быть очень ядовитыми и использоваться в качестве устрашения либо довольно мягкими, задерживающими процесс пищеварения травоядных. Известные примеры таких веществ, используемых в качестве защиты, — никотин, кофеин и танин.
Несмотря на широкое применение химических веществ животными и растениями, их эффективность не всегда ясна. Большинство растений поедается многочисленными видами травоядных, многие из которых в процессе эволюции выработали средства контрзащиты. То, что для одного вида является ядом, для другого может оказаться вполне съедобным. Вследствие этого изучение химической защиты растений сталкивается с трудностями, и до сих пор в этой области есть много нерешенных вопросов.
См. также статью «Растительноядные».
ХИЩНИЧЕСТВО
Львы, волки и крокодилы — вот что первое приходит на ум, когда произносят слово «хищники», но это только один из типов хищников (определяемых в широком смысле как организмы, которые потребляют еще живыми другие организмы или их части). В этом смысле птицы, питающиеся семенами, паразиты, паразитоиды и кролики, питающиеся травой, также будут хищниками. Хищник обычно выигрывает в результате межвидовых взаимоотношений, а жертва проигрывает. Если эффекты, которые производит хищничество, связать с изменениями размера популяции, то такое взаимоотношение схематически можно определить как (+,-) (см. «Межвидовые взаимоотношения»). Но не все взаимоотношения типа (+, -) образуются вследствие хищничества.
Давление естественного отбора требует, чтобы жертва старалась не попасться хищнику на обед. Оно приводит к появлению таких механизмов, как бегство, химическая защита, маскировка и образование больших групп. Поскольку жертвы сопротивляются, то хищники стараются охотиться на старых, молодых или больных особей. Поскольку эти категории вида-жертвы не способствуют воспроизводству, то их ликвидация оказывает малое воздействие на размер популяции в целом. Кроме того, внутри вида-жертвы остается меньше конкурентов, соревнующихся за ресурсы, поэтому выжившие могут расти быстрее и производить больше потомства. Подобные соображения лежат в основе «изъятия» особей (отстрела, отлова), когда определенную часть вида ликвидируют без особых последствий для общей численности популяции.
Хищничество лежит в основе биологических методов борьбы с вредителями, оно может быть важной составляющей в поддержании разнообразия видов. Однако ввоз хищников в новые места обитания, особенно на острова, может привести к серьезным экологическим потрясениям. Примером тому может послужить исчезновение нелетающих птиц на некоторых островах после появления там кошек.
См. также статьи «Биоконтроль над вредителями», «Межвидовые взаимоотношения», «Паразитизм», «Паразитоиды», «Растительноядные», «Сосуществование видов при посредстве хищника».
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯИЗБЫТОЧНОСТЬ
По различным оценкам скорость вымирания видов в наше время в 100—1000 раз превышает скорость вымирания их до появления человека. Возникает важный вопрос: как утрата видов влияет на функционирование экосистем? Под функционированием мы понимаем образование первичной продукции, разложение, круговорот воды и питательных веществ и т. п.
Связь между разнообразием и функционированием экосистемы в данный момент служит предметом многочисленных исследований и обсуждений. В качестве крайних точек зрения были предложены гипотеза избыточности и «гипотеза заклепок». Согласно «гипотезе заклепок», виды подобны заклепкам, удерживающим систему, причем каждая заклепка выполняет небольшую, но важную роль, и если их удалять по одной, то связь внутри системы ослабнет. В конечном итоге можно дойти до такого состояния, когда экосистема просто развалится. Гипотеза избыточности предполагает, что в экосистемах некоторое число видов выполняют большинство функций и поэтому до какой-то степени потеря «лишних» видов не сказывается на их функционировании. Гипотеза уникальности утверждает, что связь между разнообразием и функционированием экосистемы преимущественно непредсказуема.
Так какая же гипотеза верна? Возможно, все, в зависимости от изучаемой экосистемы, от исследуемых экологических процессов и от временного и пространственного масштаба исследований.
Некоторые ученые беспокоятся, что если, согласно гипотезе избыточности, некоторые виды назвать «лишними», то о них никто не будет заботиться и они быстро вымрут. У нас никогда не будет достаточно знаний, чтобы наверняка определить, какие виды функционально избыточны для всех возможных экологических процессов. И кто может предсказать, какие виды станут необходимыми после возможных серьезных нарушений экосистемы? Многие экологические процессы, вызванные человеческой деятельностью, обратимы (хотя бы теоретически). Исчезновение же видов — это процесс необратимый, потому что, если вид полностью исчезает, его уже не возродить. Поэтому нужно стараться сохранить любой редкий вид.
