биология 10-11

268	Глава 13. Происхождение человека

обнаруживший сходные признаки у кафиров горного Афганиста на. В данном случае дрейф генов, вызванный малочисленностью, и отбор на светлокожесть взаимодействовали. Интересно, что эскимосы Гренландии — относительно темнокожие. Необходимый витамин D их организмы получают из обычного компонента питания эскимосов — печени рыб и тюленей. Эскимосы имеют характерные приспособительные черты — небольшой рост, плот ное телосложение и толстый слой подкожного жира.

Адаптивные признаки возникают и независимо от расы. Фер мент эритроцитов фосфатаза имеет три формы, соответствующие разным климатическим условиям: нормальную, «теплую» и «хо лодную». Частота встречаемости «холодных» аллелей, кодирую щих фосфатазу, возрастает у всех народов по 10 % на каждые 20° с.ш. как приспособленность к холоду и достигает максиму ма у народов северных широт — лопарей, алеутов, эскимосов.

Кроме отбора, генетического дрейфа и изоляции в форми ровании рас действовал эффект основателя (родоначальника). Эффектом основателя можно объяснить, например, одновремен ное существование в Африке темнокожих низкорослых (141 см в среднем) пигмеев (<греч. pygmaios величиной с кулак) и слабо темнокожих высокорослых (около 182 см) нилотов. Заме тим, что эффект основателя является разновидностью дрейфа ге нов, как и популяционные волны. Такие признаки рас, как рас положение бугорков на зубах, узоры на пальцах, не имеют тес ной связи с окружающей средой и формируются дрейфом генов.

Человечество изменяется и сейчас. Влияние отбора в со временном цивилизованном обществе ослабло, но зато распро странились процессы грациализации (<лат. gratia изящество, утончение) и акселерации (<лат. acceleratio ускорение). Гра циализация характеризуется снижением массивности скелета и связана с меньшей необходимостью заниматься физическим трудом. У современных грудных детей вследствие акселерации удвоение веса происходит на год раньше, чем сто лет назад, а подростки 14—16 лет стали на 15—16 см выше. Эти изменения наблюдаются у всех рас. По данным генетиков одна из причин акселерации — растущее смешение населения разных клима тических зон и рас, ведущее к увеличению гетерозиготности геномов (см. с. 239). Этот же фактор повлиял на сокращение продолжительности жизни, особенно заметное среди мужчин.

Расизм. Это ложное учение о «высших» и «низших» расах. Последние считаются неспособными не только создавать куль турные ценности, но и усваивать их, а потому заслуживают уничтожения. В основе расизма лежит неверное утверждение о том, что расы не связаны родством.

Генетики доказали, что характерная для рас изменчивость составляет всего 4—6 %. Это значит, что белый американец,

§ 60. Человеческие расы

269

по фенотипу заметно отличающийся от афроамериканца, по физиолого биохимическим показателям может оказаться к нему ближе, чем другой афроамериканец. А если бы на Земле остались одни негры, то они сохранили бы 95 % генетического разнообразия населения планеты.

В литературе иногда можно встретить утверждение, что пра ведный Ной за нанесенное оскорбление проклял потомков своего сына Хама (предка негроидов) и предсказал им длительное раб ское положение. Этим в XVIII — XIX вв. оправдывали рабство негроидов и установление колониальной системы странами За падной Европы. Но согласно Писанию, Ной проклял только лишь потомков Ханаана (одного из сыновей Хама). Религиозная безгра мотность в данном случае обернулась печальными последствиями.

Испанские завоеватели для оправдания зверского истребле ния индейцев утверждали, что поскольку те не могли раньше их доплыть до Америки, то не происходят от Адама и Евы, а следовательно — не люди. На самом деле первые поселенцы пришли в Америку через Аляску. Фашисты в целях мирового господства взяли на вооружение расистские взгляды некоторых антропологов и генетиков нацистской Германии, в частности Э. Фишера и Ф. Ленца, указывавших на превосходство арий ской, белой расы.

Расизм пропагандировался не только в явном виде, но и под прикрытием социал дарвинизма. Согласно этому лжеуче нию, развитие людей в обществе определяется тем же фактором борьбы за существование, что и среди животных в природе. В результате происходит якобы отбор более ценных людей и ге нетическое закрепление этого неравенства: такие люди образуют класс богатых. Уподобляя человеческое общество животному миру, сводя развитие человека к материальному преуспеянию, социал дарвинизм обедняет сущность человека, сводит его до уровня «социального животного». Человек — прежде всего суще ство духовное, сотворенное по образу и подобию Божию, и глав ное его развитие происходит в сокровенном внутреннем мире на пути духовного совершенствования и подготовки к вечной жизни.

1.Охарактеризуйте основные расы.

2.Что вы знаете о происхождении рас?

3.С чем связано наличие расовых признаков?

4.Докажите несостоятельность расизма с точки зрения Свя щенного Писания и расоведения.

5.Справедливо ли применение теории естественного отбора к развитию человечества?

Рекомендуемый дополнительный материал к главе 13: Вертьянов С. Происхождение жизни.—Гл. 2.—М.: Свято Троицкая Сергиева Лавра, 2009.

Глава 14. Основы экологии

271

Глава 14. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

Жизнь каждого организма протекает в сообществе с осо бями своего вида и с другими видами. Их жизнедеятельность неразрывно связана и с природными условиями. К одной среде организмы в состоянии приспособиться, другая для их существо вания оказывается невозможной. Окружающая нас жизнь — это упорядоченная и устойчивая система взаимоотношений, соот ветствующая плану Творца о создаваемом мире, претерпевшему ряд перемен по причине грехопадения человека; совокупность организмов, чутко реагирующих на внешние условия измене ниями в популяциях.

В этой главе вы узнаете о закономерностях жизнедеятель ности различных сообществ живых существ в разнообразных условиях внешней среды, о факторах, определяющих устойчи вость, развитие и смену биологических систем.

§ 61. Экология как наука. Экологические факторы среды

Предмет и задачи экологии. Под экологией часто понимается чрезвычайно узкий аспект этой науки — изучение наличия или отсутствия загрязнений в окружающей среде. Спектр вопросов, изучаемых экологами, значительно шире. Экология (<греч. oikos дом, жилище) — наука об отношениях живых организмов между собой и со средой обитания. Термин вошел в науку в середине XIX века, получил широкое распространение через публикации трудов немецкого исследователя Э. Геккеля.

Изучением взаимоотношений организма и среды занимают ся и другие науки. Физиология исследует реакции организма на внешние воздействия, этология (наука о поведении живот ных) тоже рассматривает взаимодействие существ и среды, а

272	Глава 14. Основы экологии

генетика — особенности реакции организма на внешние условия в зависимости от генотипа.

Экология рассматривает природные явления в характерном для нее аспекте. В задачу экологии входит изучение законо мерностей расселения популяций на различных территориях, изменения их численности и круговорота веществ, происходя щего при их участии, а также исследование цепей получения энергии различными сообществами организмов.

Совокупность популяций, обитающих на определенной тер ритории и объединенных сетью взаимоотношений, называют биоценозом (<греч. koinos общий, термин предложен в 1877 г. немецким зоологом К. Мебиусом). Биоценоз составляют, напри мер, организмы леса или пруда. Вместе с биотопом (<греч. topos место) — неживыми компонентами среды (почвой, водой) — био ценозы образуют биогеоценозы, чаще называемые экологически ми системами. Экология, таким образом, изучает природные объекты на четырех последовательных уровнях: организменном, популяционно видовом, биоценотическом и экосистемном.

На организменном уровне экологов интересуют характеристи ки особей, определяющие их численность и распределение в ре гионах, участие в круговороте веществ, возможность адаптации к различным факторам среды: температуре, влажности, освещен ности мест обитания. Предметом исследований является состав и количество необходимой пищи, интенсивность фотосинтеза, особенности обмена веществ, а также плодовитость, скорость роста и продолжительность жизни. Этот раздел экологии на зывают аутоэкологией (<греч. autos сам), или экологией особей.

На популяционном уровне экологи изучают возрастной состав популяций, генотипы и фенотипы особей, степень их родства, динамику численности и пространственное расселение популя ций. Выяснено, например, что для выживания африканских слонов необходимо стадо не менее чем из 15 особей, для север ных оленей нужно стадо в 300—400 голов, а жизнеспособную стаю бакланов составляют 10 тыс. птиц. Численность популяций определяется и другими факторами. Лошади и бизоны только в стаде могут обороняться от хищников, а волки только стаей могут охотиться на крупную добычу. В то же время чрезмерная численность популяции приводит к обострению конкуренции и недостатку пищевых ресурсов.

На биоценотическом уровне экологов интересует видовой состав организмов, населяющих экосистему, их взаимоотноше ния. В биоценозах обитают в тесном взаимодействии животные и растения, грибы, бактерии и вирусы.

На экосистемном уровне экологи исследуют жизнедеятель ность биоценозов во взаимодействии с неживыми компонентами среды.

§ 61. Экология как наука. Экологические факторы среды

273

Подчеркивая тесную связь процессов внутри каждой по пуляции со всей экосистемой, популяционную и экосистемную экологии иногда объединяют одним термином — синэкология (<греч. syn вместе). Наряду со сложившимися разделами эколо гии растений и экологии животных бурно развивается новая область — экология микроорганизмов. Гидроэкология изучает водные экосистемы, лесоведение — лесные экосистемы, палеоэ кология реконструирует сообщества древних организмов.

Экологические знания позволяют вести промысел ценных животных и рыб, развивать сельское хозяйство и промышлен ность, не истощая ресурсы и не разрушая природу. Важность таких научных исследований особенно велика в наши дни, ког да интенсивное развитие цивилизации стало заметно нарушать сбалансированность природных процессов.

Для сохранения окружающей среды свойственный совре менному человеку однобокий технократический подход в от ношениях с природой должен быть заменен на экологическое мышление.

Экологические факторы. Учение об экологических факторах является одним из ключевых биологических разделов экологии. Влияние природной среды на сообщества, популяции, виды и отдельные особи определяется воздействием ее элементов, ко торые и называют экологическими факторами. Любая группа организмов окружена природной средой, под которой экологи подразумевают все факторы живой и неживой природы. Раз личают три группы факторов природной среды.

Абиотические факторы — совокупность химических и фи зических факторов неживой природы. Сюда относятся ком поненты климата: свет, температура, влажность, давление, подводные течения и ветры, долгота дня, смена времен года; химический состав воздуха, воды и почвы, наличие в почве питательных веществ, ее водопроницаемость и влагоемкость; радиационный фон.

Биотические факторы — все формы взаимодействия особей с окружающими их живыми организмами. Насекомые собирают нектар и переносят пыльцу растений, хищники поедают жертв, бактерии и грибы перерабатывают органические остатки. Опа дающие листья служат пищей и местом обитания насекомым и микроорганизмам.

Важным биотическим фактором является количество и качество пищи. Выяснено, например, что мелким животным необходимо больше пищи на единицу массы, чем крупным, а теплокровным — больше, чем организмам с непостоянной температурой. Синица лазоревка (11 г) ежедневно потребляет пищу в количестве 30 % от собственной массы, певчий дрозд (90 г) — 10 %, а сарыч (900 г) — всего 4,5 %.

274	Глава 14. Основы экологии

Численность

Зоны действия факторов среды

Энергозатраты на адаптацию

Гибель

Угнетение

Оптимальная зона

Угнетение Гибель

Д и а п а з о н т о л е р а н т н о с т и в и д а

Антропогенные факторы — непосредственное вмешательство человека (охота, рыбная ловля, вырубка лесов) и загрязнение природы вследствие неразумной хозяйственной деятельности. На обширных территориях человек уничтожает природные сообщества (сводит леса, осушает болота) с целью создания искусственных сельскохозяйственных сообществ — агроцено зов. Промышленные выбросы химических веществ вызывают деградацию флоры и фауны целых регионов. Экосистемы об ширных районов разрушаются утечками нефти при добыче и транспортировке.

Многие абиотические факторы среды оказывают влияние на скорость протекания физиологических процессов в организмах, воздействие биотических факторов несколько сложнее. Однако для любого экологического фактора можно выделить три зоны действия: оптимальную, зоны угнетения и гибели. Так, по фактору среднегодовой температуры северо запад европейской части России является оптимальной зоной для хвойных дере вьев, образующих там основные массивы. Эта же температура является зоной угнетения для лиственных деревьев. Даже мелколиственное растение береза на северо западе России значи тельно мельче, чем в средней полосе. Для эвкалиптов и пальм эта зона температур гибельна.

Многие пальмовые растения вырастают до нормальных размеров на побережье южного берега Крыма, но не приносят

вэтих условиях жизнеспособных семян. Размножение их в этом регионе возможно только в специальных питомниках с последующей высадкой. Природные условия Причерноморья являются для пальмовых зоной угнетения, их распространение

вэтом регионе определяется антропогенным фактором.

Внекоторых случаях в зоне угнетения по какому либо

фактору (например, зимней температуры) организмы оказы

§ 61. Экология как наука. Экологические факторы среды				275
При наличии конкурентов по
пуляция может иметь макси
мальную численность
в зоне угнетения
(например, если эта зона		Численность	Конкуренция
для конкурента гибельна)
			(давление
			отбора)
ваются наиболее конкурен
тоспособными, если эта зона
неблагоприятной температу
ры для конкурента гибельна.
Тогда численность популяции			Оптимальная зона	Угнетение
оказывается максимальной

именно в зоне угнетения, а не в зоне оптимума.

Действие экологических факторов всегда взаимное. Обилие пищевых ресурсов повышает устойчивость к климатическим воз действиям, а их недостаток делает организмы более подвержен ными к неблагоприятным воздействиям климата. Человек легче переносит высокую температуру при низкой влажности воздуха, а холод — при высококалорийном питании. Малое количество минерального питания (например, солей азота) в почве снижает засухоустойчивость злаков. Оптимальная температура позволяет расширить диапазон приспособляемости к недостатку пищи и неблагоприятной влажности. Но положительное взаимодействие факторов небезгранично. Плохую освещенность, например, нель зя заменить ни избытком тепла, ни изобилием влаги.

Ограничивающий фактор. Любой фактор может оказаться критическим для распространения вида. Так, если в почве отсутствует малозначимый, на первый взгляд, элемент бор, рост растений будет сильно угнетен или даже невозможен не зависимо от количества питательных веществ и климата. Если кислотность почвы выше нормы для ржи или пшеницы, то никакие агротехнические мероприятия кроме раскисления почвы не приведут к повышению урожайности.

Факторы, угнетающие жизнедеятель ность организмов, носят название огра ничивающих. Значение ограничивающих факторов впервые было установлено в 1840 г. немецким химиком Ю. Либихом, основоположником почвоведения. Изучая влияние химического состава почвы на

«Бочка Либиха» — модель действия ограничивающего фактора: воду можно на лить только до высоты наименьшей доски

276	Глава 14. Основы экологии

развитие растений, ученый сформулировал принцип, согласно которому величина и устойчивость урожая определяется веще ством, содержащимся в критически малом количестве.

Растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит засуху. Ручьевая форель благополучно обитает в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л, если эта величина падает ниже 1,6 мг/л, форель гибнет. Недостаток кислорода — ограничивающий фактор для форели. Озерные рыбы приспособлены к жизни в застойных водах с низким содержанием кислорода. Мелкие водоемы в летнюю жару интенсивно прогреваются; с повышением температуры содержание кислорода в воде падает, и рыбы неспособны в них обитать. В особенно жаркие годы в водоемах происходят заморы, аналогичные зимним. Летние заморы бывают в Балтий ском и Азовском морях. Высокая температура, как и плотный ледяной покров, лишает водных обитателей кислорода.

При распространении видов к северу ограничивающим фак тором кроме низкой зимней температуры является и сумма эффективных летних температур. Развитие икры форели происходит при температуре не ниже 0 °С, это значение служит порогом развития. При температуре 2 °С мальки покидают обо лочку через 205 дней, при 5 °С — через 82 дня, а при 10 °С — че рез 41 день. Произведение температуры на дни развития (сумма эффективных температур) остается у мальков примерно посто янной величиной, равной 410. Для зацветания мать и мачехи требуется сумма температур 77, для кислицы — 453, а для земляники — 500. Эти значения ограничивают географическое распространение видов. Для риса и хлопчатника требуется ве личина 2 000—4 000, эти культуры не могут расти в средней полосе. Для ячменя достаточно всего 1 600—1 900, и он хорошо растет в умеренных широтах. Распространение древесной рас тительности ограничено июльской изотермой 10—12 °С, далее лесная зона сменяется тундрой.

Впериод роста и развития организмы более чувствительны

кдействию различных факторов. Пределы выносливости для взрослых организмов обычно шире, чем для мальков, личинок и яиц. Ареал птиц определяется приемлемым для развития яиц и птенцов климатом. Многие виды крабов способны про двигаться по рекам далеко вверх, но их личинки в пресной воде развиваться не могут. Лососи благополучно переносят из менения температуры воды от –2 °С до +20 °С, а их икра раз вивается только в диапазоне от 0 °С до +12 °С. Очень низкая или очень высокая влажность почвы — ограничивающий фактор для личинок сельскохозяйственного вредителя жука щелкуна. Для борьбы с этим насекомым проводят осушение или сильное увлажнение почвы, вызывающие гибель личинок.

§ 62. Абиотические факторы среды

277

Ограничивающими для распространения вида могут быть и биотические факторы, например наличие сильных конкурентов у хищных животных или недостаток опылителей у растений. Степень приспособляемости организмов к изменяющимся усло виям среды называют экологической выносливостью, или то лерантностью (<лат. tolerantia терпение). Приспособляемость организмов всегда носит интегральный характер, существа адаптируются ко всему комплексу экологических факторов, а не к какому либо одному. Комплекс факторов среды, необходи мых для существования конкретного вида, включая его связи с другими видами в экосистеме, называется экологической нишей. Это понятие объединяет место и условия обитания вида, его образ жизни и роль (хищник, паразит и т. д.) в экосистеме.

1.Что изучает экология? Охарактеризуйте четыре уровня экологических исследований, приведите примеры.

2.Какие группы экологических факторов вам известны?

3.Приведите примеры ограничивающего действия факторов среды.

4.Что понимают под толерантностью и экологической нишей?

§ 62. Абиотические факторы среды: свет и влажность

Среди абиотических факторов наибольшее значение имеют климатические факторы: свет, влажность и температура. В связи со сменой времен года наблюдаются сезонные ритмы протекания биологических процессов.

Свет. Солнечное излучение — основной источник энергии для большинства организмов планеты. Автотрофные растения используют солнечный свет для построения клеток и тканей. Они преобразуют энергию света в энергию химических связей синтезируемых органических соединений. В дальнейшем энергия зеленых растений перераспределяется между другими организ мами в соответствии с пищевыми отношениями.

В солнечном свете важны три спектральных диапазона, раз личающихся по биологическому воздействию: ультрафиолетовые лучи, видимые и инфракрасные лучи.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,29 мкм вызывают повреждения биополимеров и губительны для всего живого. Жесткие ультрафиолетовые лучи задерживаются озо новым слоем атмосферы, поверхности земли достигает лишь мягкое ультрафиолетовое излучение диапазона 0,3—0,4 мкм. В небольших количествах ультрафиолетовые лучи полезны жи вотным и человеку. Под их воздействием в организме человека образуется витамин D.