Что такое биоразнообразие? Три уровня
Биоразнообразие — это разнообразие живых существ на всех уровнях жизни. Слово сделал популярным учёный Эдвард Уилсон.
- Генетическое разнообразие: разнообразие генов внутри одного вида. В Индии более 50 000 сортов риса и около 1 000 сортов манго. Лекарственное растение Rauwolfia vomitoria в разных местах вырабатывает разное количество лекарства резерпина.
- Видовое разнообразие: число разных видов. В Западных Гатах видов земноводных больше, чем в Восточных Гатах.
- Экологическое разнообразие: разнообразие экосистем: пустыни, дождевые леса, мангры, коралловые рифы, водно-болотные угодья, эстуарии и альпийские луга. В Индии их гораздо больше, чем в такой стране, как Норвегия.
Сколько существует видов?
На сегодня описано около 1,5 миллиона видов, но учёные считают, что всего их может быть около 7 миллионов. Более 70% известных видов — животные, и самая большая группа — насекомые. В Индии лишь около 2,4% мировой суши, но около 8% всех видов, поэтому она входит в число 12 стран мегаразнообразия.
Закономерности биоразнообразия
Широтный градиент
Разнообразие уменьшается при движении от экватора к полюсам. В Колумбии возле экватора около 1 400 видов птиц, а в Гренландии далеко на севере около 56. Тропические леса Амазонии — самое богатое жизнью место на Земле.
Почему в тропиках богаче: (1) миллионы лет ледниковые периоды их не затрагивали, и у видов было много времени на образование; (2) климат стабильный и предсказуемый, поэтому виды могут специализироваться; (3) больше солнечного света круглый год означает выше продуктивность.
Зависимость «вид – площадь»
Исследователь Александр фон Гумбольдт заметил, что число видов растёт с площадью исследования, но только до определённого предела. На графике с логарифмическими осями это прямая линия:
log S = log C + Z log A
S = видовое богатство, A = площадь, Z = наклон (коэффициент регрессии), C = отрезок на оси Y. Для небольших районов Z около 0,1–0,2, для любой группы и места. Для очень больших площадей, например целых материков, Z круче, около 0,6–1,2.
Значение биоразнообразия
Устойчивость и продуктивность
Долгие полевые опыты (Дэвид Тилман) показали, что на участках с большим числом видов общая биомасса от года к году меняется меньше, а продуктивность выше. Богатая экосистема устойчивее.
Гипотеза заклёпок
Пол Эрлих сравнил экосистему с самолётом, а виды с его заклёпками. Потеря нескольких заклёпок может ничего не изменить, но потеря многих или одной ключевой (ключевого вида на «крыле») способна разрушить всю систему.
Почему это должно нас волновать?
- Узко утилитарная ценность: прямая польза: еда, волокно, дрова, лекарства (более 25% лекарств получают из растений), красители и смолы. Поиск полезных молекул в природе называется биопроспектингом.
- Широко утилитарная ценность: экосистемные услуги: кислород от лесов, опыление пчёлами и птицами, чистая вода, плодородная почва, а также простая красота и радость.
- Этическая ценность: у каждого вида есть право на существование; мы делим планету с ними и должны передать её потомкам в хорошем состоянии.
Утрата биоразнообразия: зловещая четвёрка
МСОП зафиксировал около 784 вымираний за последние 500 лет, например дронт (Маврикий), квагга (Африка), сумчатый волк (Австралия) и морская корова Стеллера (Россия). Сегодняшняя скорость вымирания, по оценкам, в 100–1 000 раз выше естественной, в основном из-за человека: это называют шестым массовым вымиранием.
Потеря видов снижает производство растений, ослабляет устойчивость к засухе и вредителям и делает менее стабильными такие процессы, как расход воды и циклы болезней.
Четыре причины (зловещая четвёрка)
- Потеря и дробление местообитаний: главная причина. Тропические леса когда-то покрывали около 14% суши, теперь около 6%. Когда большое местообитание режут на мелкие куски, сокращаются животные, которым нужны большие территории (крупные кошки, перелётные птицы).
- Чрезмерное изъятие: когда берут слишком много. Морскую корову Стеллера и странствующего голубя выбили охотой. Многие морские рыбы вылавливаются сверх меры.
- Вторжение чужеродных видов: нильский окунь, выпущенный в озеро Виктория, уничтожил более 200 видов рыб-цихлид. Амброзия-«морковная трава» (Parthenium), Lantana и водяной гиацинт вредят индийским экосистемам. Африканский клариевый сом Clarias gariepinus угрожает местным сомам.
- Совместное вымирание: когда вымирает один вид, вместе с ним гибнут зависящие от него виды, например паразиты хозяина или растение и его единственный опылитель.
Исчезающие виды и Красная книга
Международный союз охраны природы (МСОП, IUCN) ведёт Красный список, впервые изданный как Красная книга. В нём записано, насколько близок к вымиранию каждый вид.
| Категория | Значение простыми словами |
|---|---|
| Вызывающие наименьшие опасения (LC) | Обычный вид, сейчас ему ничто не грозит |
| Близкие к угрожаемым (NT) | Скоро может стать угрожаемым |
| Уязвимые (VU) | Высокий риск в дикой природе |
| Находящиеся под угрозой (EN) | Очень высокий риск |
| На грани исчезновения (CR) | Крайне высокий риск |
| Исчезнувшие в дикой природе (EW) | Живёт только в зоопарках или на фермах |
| Вымершие (EX) | Не осталось ни одной особи |
VU, EN и CR вместе называют угрожаемыми. Примеры из Индии: тигр и гангский дельфин находятся под угрозой; индийская дрофа и гавиал на грани исчезновения. Красная книга помогает планировать охрану, распространять знания и находить виды, которым срочно нужна помощь.
Охрана: in situ и ex situ
Охрана in situ (на месте) защищает виды в их естественном доме вместе со всей экосистемой. Это лучший способ, потому что вид сохраняет природные связи. Примеры: хотспоты, охраняемые территории, священные рощи.
Охрана ex situ (вне места обитания) защищает виды за пределами их дома; её применяют, когда вид так сильно под угрозой, что нужен особый уход:
- Зоологические парки, ботанические сады, сафари-парки.
- Разведение в неволе и выпуск (например, грифов и гавиалов в Индии).
- Криоконсервация: хранение гамет угрожаемых видов при очень низкой температуре (−196 °C в жидком азоте), чтобы они оставались живыми долгое время.
- Банки семян культурных и диких растений, культура тканей растений и оплодотворение in vitro.
Страны работают и вместе: Саммит Земли (Рио-де-Жанейро, 1992) создал Конвенцию о биологическом разнообразии, а Всемирный саммит по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002) поставил цель снизить скорость утраты.
Хотспоты биоразнообразия
Хотспот («горячая точка») — это регион, где (1) очень много видов, (2) много эндемичных видов (которых нет больше нигде) и (3) сильная угроза: он потерял большую часть первоначального растительного покрова. Идею предложил Норман Майерс.
Сначала назвали 25 хотспотов; позже добавили ещё, и стало 34 (сейчас около 36). Вместе они занимают меньше 2% суши Земли, но содержат очень большую долю всех видов. Сильная защита этих мест могла бы снизить нынешнюю скорость вымирания до 30%.
Хотспоты, затрагивающие Индию: Западные Гаты и Шри-Ланка, Индо-Бирма и Гималаи (Никобарские острова входят в хотспот Сундаленд).
Охраняемые территории: национальные парки, заказники, биосферные резерваты, рамсарские угодья
- Национальный парк: выделен только для диких животных. Частные права, выпас, земледелие и рубка деревьев запрещены. Примеры: Джим Корбетт (Уттаракханд, первый, 1936), Казиранга (Ассам), Гир (Гуджарат).
- Заказник (убежище диких животных): защищает животных, но некоторые виды деятельности человека, например сбор дров или лесных продуктов, могут быть разрешены, если они не вредят животным. Примеры: Бхаратпур (Кеолодео) был птичьим заказником, прежде чем стал национальным парком; Перияр (Керала).
- Биосферный резерват: большая территория, которая защищает всю экосистему и поддерживает местных жителей. У него три зоны: ядро (без деятельности человека), буферная зона (наука, образование, ограниченное использование) и переходная зона (деревни, земледелие, туризм). Примеры: Нилгири, Сундарбан, Нанда-Деви, залив Маннар. В Индии их 18.
- Рамсарское угодье: водно-болотное угодье международного значения по Рамсарской конвенции (Иран, 1971). Водно-болотные угодья очищают воду, сдерживают наводнения и принимают перелётных птиц. Примеры в Индии: озеро Чилика (Одиша), Кеолодео (Раджастхан), озеро Локтак (Манипур), озеро Вулар (Джамму и Кашмир), озеро Самбхар (Раджастхан). В Индии более 85 рамсарских угодий, и число растёт.
В Индии более 100 национальных парков и более 550 заказников.
Священные рощи
Священные рощи — это участки леса, которые местные общины берегут из-за религиозных или культурных верований. Там никто не рубит деревья и не охотится, поэтому рощи служат надёжным домом для многих редких и эндемичных растений и животных.
Примеры: холмы Кхаси и Джайнтия в Мегхалае, холмы Аравали в Раджастхане, Западные Гаты в Карнатаке и Махараштре, а также Сургуджа, Чанда и Бастар в Мадхья-Прадеше и Чхаттисгархе. В Мегхалае некоторые священные рощи — последнее убежище многих редких растений. Они показывают, что традиции общин могут быть мощным инструментом охраны.
Что спрашивают на экзамене
Частые вопросы: объясните зависимость «вид – площадь» и запишите уравнение; назовите причины большего разнообразия в тропиках; объясните гипотезу заклёпок; перечислите и объясните зловещую четвёрку с примерами; дайте определение хотспотов и назовите те, что в Индии; чем отличаются in situ и ex situ, национальный парк, заказник и биосферный резерват; что такое священные рощи; что такое Красная книга. В коротких ситуационных вопросах часто описывают чужеродный вид или потерянного опылителя и просят назвать причину.
Главные формулы и определения
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
- [object Object]
Разобранные примеры
1. Для группы растений C = 20 и Z = 0.2. Сколько видов ожидается на площади 100 000 м² (log 100 000 = 5)?
log S = log 20 + 0.2 × 5 = 1.301 + 1 = 2.301. S = 10^2.301 ≈ 200 видов.
2. При Z = 0.2, если площадь стала в 32 раза больше, во сколько раз вырастет число видов?
S ∝ A^Z, значит число видов вырастет в 32^0.2 = 2 раза (так как 2⁵ = 32). Площадь больше в 32 раза, а видов только вдвое больше.
3. На острове в 10 км² живёт 40 видов ящериц. При Z = 0.3 оцените число видов на острове в 1 000 км².
Отношение площадей = 100. S₂ = 40 × 100^0.3 = 40 × 10^0.6 ≈ 40 × 3.98 ≈ 159 видов, около 160.
4. Назовите причину утраты в каждом случае: (а) нильский окунь в озере Виктория, (б) паразит гибнет, когда вымирает рыба-хозяин, (в) странствующего голубя выбили охотой, (г) лес вырубили под шоссе.
(а) Вторжение чужеродного вида, (б) совместное вымирание, (в) чрезмерное изъятие, (г) потеря и дробление местообитания.
5. Численность вида в дикой природе упала так сильно, что он выживает только в зоопарках. К какой категории Красного списка он относится? Является ли он «угрожаемым»?
Исчезнувший в дикой природе (EW). Он стоит за пределами трёх угрожаемых категорий (VU, EN, CR); остались только популяции ex situ.
6. Определите, in situ или ex situ: национальный парк Казиранга, банк семян, священная роща в Мегхалае, криоконсервированная сперма редкого оленя, рамсарское угодье Чилика.
In situ: Казиранга, священная роща, Чилика. Ex situ: банк семян, криоконсервированная сперма.
7. Селянин хочет пасти скот и собирать дрова возле охраняемого леса. Где можно то и другое: в ядре национального парка, в заказнике, в переходной зоне биосферного резервата?
Национальный парк: нельзя ни то ни другое. Заказник: сбор дров может быть разрешён, если он не вредит животным; выпас обычно ограничен. Переходная зона биосферного резервата: да, там люди живут и устойчиво используют землю.
Частые ошибки
- Считать, что «хотспот» — это просто много видов. Нужны ещё высокий эндемизм и высокая угроза.
- Путать национальный парк и заказник: в национальном парке никакое использование человеком не разрешено, в заказнике кое-что может быть разрешено.
- Думать, что Z одинаков для малых районов и материков. Для малых районов он около 0.1–0.2, для целых материков 0.6–1.2.
- Называть зоопарки и банки семян in situ. Это ex situ, потому что вид хранят вне его естественного дома.