География биологического разнообразия

Закономерности распространения биоценозов (сообществ растений, животных и микроорганизмов), видов и популяций изучает наука биогеография, дающая целостное представление об органическом мире в разных областях планеты.

Еще не все виды живых существ, обитающих на нашей планете, известны ученым, которые ежегодно открывают сотни новых видов (особенно это касается насекомых), и пока этот поток не иссякает. Однако уже можно, правда, приблизительно, назвать вероятное число видов разных систематических групп современных организмов.

Нет ни одного человека, способного знать все уже описанные виды растений и животных, но благодаря разработанной классификации ученые-биогеографы могут ориентироваться в органическом мире таксонов (крупных систематических групп).

Большая часть видов организмов обитает в тропических и экваториальных районах с достаточным увлажнением. По направлению к полюсам число видов растений и животных сокращается (в широколиственных лесах — 700 — 800; в тундрах — 200 — 300, на арктических островах — 50 — 100). Однако для того, чтобы хотя бы перечислить обитающие виды в умеренных и приполярных широтах, потребовалось много страниц. Среди огромного разнообразия живых существ, населяющих нашу планету, лишь незначительная часть имеет большую численность и биомассу. Наиболее массовые в том или ином районе виды называются фоновыми. Часто именно они представляют особый интерес как с точки зрения их участия в жизни биоценоза, так и с хозяйственной.

Огромное число видов современных организмов, насчитывающих буквально астрономическое число особей, в принципе может создавать бесконечное количество сочетаний. Для того чтобы разобраться во множестве биоценозов, создано несколько классификаций, группирующих их по степени сходства и различия. Наиболее разработаны классификации растительности. Наименьшая типологическая единица — ассоциация. Объединяемые в нее отдельные фитоценозы имеют одинаковый видовой состав организмов, причем в первую очередь важно сходство доминирующих видов. Кроме того, фитоценозы одной ассоциации имеют сходное строение и по другим признакам (ярусность, гидротермический режим и т. п.).

Примером ассоциаций может служить ельник-зеленомошник-черничник или ельник-зеленомошник-брусничник. Сходные ассоциации образуют группы ассоциаций (например, ельники зеленомошные), которые объединяются в формации. Для формации характерен общий вид, в наибольшей степени влияющий на среду, — вид эдификатор. Дня лесов эдификаторами являются виды древесного яруса. Обычно формации называются по наименованию видов эдификаторов. Так, можно говорить о формации ельников (из того или иного вида ели). Далее следуют группы формаций (например, темнохвойные леса из формаций разных видов елей, пихт, псевдотсуги), классы формаций (хвойные леса — эдификаторы представлены близкими жизненными формами).

Классы формаций объединяются в типы растительности (степь, луг, леса умеренных широт, экваториально-тропические дождевые леса). В последнее время ученые зональный тип растительности, а также соответствующий зональный тип биоценозов именуют термином «биом». Опираясь на указанную схему таксономических категорий растительности, получим схему таксономических категорий для всего биотического сообщества, для биоценозов разного ранга. Эта схема выглядит следующим образом: биоценотическая ассоциация — группы биоценотических ассоциаций — биоценотическая формация — группы биоценотических формаций — классы биоценотических формаций.

Биогеография описывает, характеризует регионы суши и океана, которые различаются по составу и соотношению обитающих на этих территориях животных, растений и других организмов и образованных этими организмами сообществ.

При описании учитываются особенности геологической истории того или иного региона и современные экологические условия, включая воздействие человека. Первая группа факторов определяет в первую очередь состав наборов таксонов, характеризующих регион, вторая — облик растительности и животного мира и экологические особенности сообществ, образуемых растениями и животными.
Биогеограф имеет дело с такими основными понятиями, как флора — фауна — биота; растительное сообщество — животное население — биом.

Флора — это совокупность всех видов растений, обитающих в том или ином регионе.

Фауна — совокупность всех видов животных, обитающих в том или ином регионе.

Биота — совокупность всех видов растений, животных и микроорганизмов.

Растительное сообщество — это совокупность растений, связанных общностью местообитания и разнообразными взаимоотношениями. Животное сообщество, или животное население, — это совокупность животных, связанных общностью местообитания и разнообразными взаимоотношениями друг с другом и с компонентами растительного сообщества. Биом — это растительное сообщество вместе с его животным населением.

Флора, фауна и биота какого-либо региона образованы в целом видами или группами видов, связанными общностью происхождения. В зависимости от происхождения, размеров и формы ареалов (от лат. area — площадь) виды объединены соответственно во флористические, фаунистические и биотические группы (комплексы). В качестве примера комплекса, образующего флору и фауну средней полосы европейской части России, может служить у таежный, связанный с широколиственными лесами. Причерноморский комплекс — по преимуществу степной; туранский — степной и полупустынный западноказахстанский; космополитный — широко распространенный. Представители флористического, фаунистического и в целом биотического комплексов, как правило, возникли в пределах области, где господствовало определенное сообщество. В настоящее время в данном регионе перечисленные комплексы могут быть связаны не только с этим, но и с другими сообществами. Многие из представителей биотического комплекса являются реликтами, представителями господствовавшего прежде сообщества. Присутствие их в чуждой обстановке свидетельствует о более широком распространении в прошлом этого сообщества в данном регионе. Так, в пределах Кустанайской области Казахстана, а также на Мугоджарах, на территории Туранской, или Арало-Каспийской, провинции Ирано-Туранской области в качестве реликтовых элементов встречаются белая куропатка (из животных), пушица и сфагновые мхи (из растений).

При формировании биоты, флоры и фауны основную роль играют способность вида к расселению и возраст вида, т. е. время, в течение которого расселение происходило.

У различных групп животных и растений способность к распространению неодинакова. Растения могут распространяться при помощи воды, ветра, животных и человека. У животных, кроме этих способов распространения, имеется еще один, нередко основной — активное передвижение. На пути распространения организмы встречаются с разными препятствиями. Так, для наземных организмов это — горы и океаны, климатические препятствия, невозможность приспособиться к чуждым климатическим условиям, отсутствие подходящих почвенно-грунтовых условий обитания, подходящих хозяев для паразитических форм, наличие конкурентов для всех организмов. Следует отметить, что, как правило, организмы не достигают климатических границ ареала, поскольку на их пути оказываются сильные конкуренты.

Однако при резкой смене одних условий существования другими, например степей полупустынями и пустынями, или при смене лесного пояса в горах высокогорными лугами организмы встречают препятствия и границы их ареалов образуют сгущения. Чаще образуются одиночные границы, свойственные как видам, резко отличающимся от других своими экологическими особенностями, так и еще не достигшим пределов своего распространения в существующей природной обстановке.

В течение геологической истории нашей планеты неоднократно менялись взаимное расположение материков и океанов и экологическая обстановка на поверхности суши. Изменялись и продолжают меняться и представления об особенностях нашей планеты в прошлые геологические эпохи. Так, представления о стабильности основных очертаний материков сменяются концепциями мобилизма, согласно которым материки не были и не являются строго неподвижными. Сторонники гипотезы А. Вегенера, полагавшего, что составляющие единую Пангею континенты, раздвигаясь, постепенно приобрели современные очертания, уступили место ученым, развивающим теорию движения литосферных плит, но с несколько иных позиций объясняющих подвижность континентов. Можно считать, что условия перемещения организмов в прежние эпохи резко отличались от возможностей их миграции в настоящее время. Следовательно, для видов, существовавших на Земле, например в мезозое, связи между отдельными регионами были иными, чем для появившихся в палеогене или неогене.
Несомненно, общность истории Земли наложила свой отпечаток на представителей всех крупных таксонов, однако способности к расселению, препятствия на пути расселения, возраст разных систематических групп различны. Например, перелетные птицы умеренного пояса так и не стали гнездиться в местах своих зимовок. В то же время некоторые возбудители болезней, заносимые птицами в тропические страны вместе с клещами — переносчиками этих болезней, образовали природные очаги (например, кьясанурская болезнь в Индии, близкая к клещевому энцефалиту).

В 1976 Г. американский биогеограф Уиттекер предложил понятия альфа-, бета- и гамма-разнообразия для того, чтобы не путать разнообразие внутри одного местообитания или региона с разнообразием ландшафта или региона, который содержит несколько местообитаний.

Альфа-разнообразие — разнообразие внутри местообитания или одного сообщества.

Бета-разнообразие — разнообразие между местообитаниями.

Гамма-разнообразие — разнообразие в обширных регионах биома, континента, острова и т. д.
В 1979 г. Крюгер и Тейлор добавили к этой классификации еще дельта-разнообразие — разнообразие, определяемое изменениями климатических факторов, что выражается в смене растительных зон, провинций и т. д.

В настоящее время биогеографы Г. Н. Огуреева и Н. Н. Дроздов ставят вопрос о венчающем этот ряд биомном разнообразии, или омега-разнообразии, которое характеризует соотношение биомов на участке поверхности регионального географического уровня.

Биоразнообразие в последние десятилетия — одно из самых распространенных понятий в науке и природоохранном движении. Научными исследованиями доказано, что необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень природного разнообразия на нашей планете. В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия становится основой экологической политики государства, стремящегося сохранить свои биологические ресурсы, чтобы обеспечить устойчивое экономическое развитие.
Разнообразие — это понятие, которое предполагает широкий диапазон изменчивости или различий между некоторыми множествами или группами объектов. Биологическое разнообразие, следовательно, предполагает разнообразие живого мира. Термин «биоразнообразие» обычно используется для описания числа, разновидностей и степени изменчивости живых организмов. В широком смысле этот термин охватывает множество различных биологических показателей и является синонимом понятия «жизнь на Земле».

Понятие «биоразнообразие» может быть приравнено к таким фундаментальным понятиям, как «гены», «виды» и «экосистемы», которые соответствуют трем фундаментальным, иерархически зависимым уровням организации жизни на нашей планете.

Разнообразие живых организмов обусловлено фундаментальным свойством биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, — их способностью к спонтанным изменениям структуры, что приводит к изменениям геномов (совокупность генов), к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе разнообразие создает три независимо действующих процесса: спонтанно возникающие генетические вариации (мутации), процесс естественного отбора в смешанных популяциях, географическая и репродуктивная изоляция.

В результате многих научных исследований стало гораздо больше известно о видовом разнообразии жизни на Земле. Если сейчас описано 1 701 ООО видов растений, животных, микроорганизмов, то, по мнению ведущих специалистов-систематиков, их реальное число достигает не менее 10 — 35 млн. видов, в том числе 1 млн. видов микроорганизмов, I млн. видов нематод (круглые черви), 10 млн. видов насекомых и около 10 млн. видов грибов. Еще плохо изучены влажные тропики, где, как полагают, описан только 1 из 20 обитающих видов, особенно среди насекомых, грибов, а также представителей почвенной фауны. При всей неполноте наших знаний нельзя не отметить, что в XX в. науке стало известно, по меньшей мере, в 500 раз большее число таксонов животных и растений, чем в конце XIX в.

Организмы можно классифицировать по родству (таксоны) или по другим признакам, не сводимым к родству, например по структурным, функциональным, структурно-функциональным, географическим, экологическим и т. д. Круг признаков, учитываемых в анализе типологического разнообразия, может быть неограниченно широк и зависеть от задач исследования. Представители разных таксонов растений, животных и микроорганизмов, взаимно дополняя друг друга, образуют биоценозы и биоты — биотические ядра экосистем. Поэтому для сохранения экосистем важно не допустить исчезновения конкретных видов животных и растений. Те из них, которые нуждаются в глобальной, национальной или локальной охране, заносятся в специальные книги (Красные книги). На планете существует огромное разнообразие наземных и водных экосистем: от ледяных полярных пустынь до лесов и от коралловых рифов до открытого океана. Все разнообразие экосистем можно классифицировать либо по функциональным, либо по структурным признаками.

Экосистемное разнообразие часто оценивают по видовому составу. Можно также использовать и другие параметры: относительную численность видов, разнообразие биотопов, соотношение биомассы видов, относящихся к разным размерным классам, таксономическим группам или трофическим уровням. Понятно, что экосистема, состоящая только из сходных растений, будет менее разнообразна, чем та, которая включает также травоядных животных, нападающих на них хищников, паразитов этих хищников и т. д.

Темпы и формы изменения биот определяются важнейшими факторами, среди которых следует выделить географические, действующие прямо или опосредованно через экологические процессы. Прямое действие факторов связано с изменением физических и химических свойств биосферы, таких, как соленость Мирового океана (региональное и локальное опреснение морских вод), содержание углекислого газа и озона в атмосфере, потепление и похолодание, оледенение, дрейф континентов и т. д. Именно это определяет кардинальные изменения биот во времени и пространстве, подталкивая эволюцию живых организмов или их вымирание на рубежах геологических эпох и периодов.
Географические процессы определяют изменение биоразнообразия и опосредованно, через экологию не только сообществ, но также видов и популяций. Особую роль в изменении структуры сообществ играют климатические и почвенные факторы. Анализ картографических данных по распространению сообществ и экосистем свидетельствует, что их структура и пространственное размещение находятся в теснейшей зависимости от физико-химических параметров среды. Структура сообществ может и сама быть фактором, определяющим процесс эволюции биоты за счет вытеснения одних видов другими и натурализации мигрантов. Классический пример — островная география, например, Мадагаскара, Новой Зеландии, Австралии, где ход эволюции животного мира, структура сообществ определялись отсутствием в составе сообществ хищных плацентарных млекопитающих.

Для выявления закономерностей изменения биоразнообразия обычно используют картографические методы. Одна из первых карт по оценке богатств флоры различных территорий земного шара — карта Е. В. Вульфа (1934). Обобщение данных о числе видов в пересчете на стандартные площади (100, 1000,10 000 и 100 000 км2) позволило составить серию картосхем, отражающих закономерности изменения уровней флористического богатства по широтному градиенту Северной Евразии.