Устойчивость биосистем

ВВЕДЕНИЕ

Технократическая направленность прогресса человеческой цивилизации с одной стороны привела к глобальному загрязнению природной среды, а с другой стимулировала развитие технических, инструментальных методов оценки состояния экосистем. Аналогичная ситуация происходит с литературным героем Мюнхгаузеном, когда он пытается вытащить себя из болота за волосы. Не отрицая ценности и необходимости разработки технических методов оценки компонентов окружающей среды, важно понять, что в конечном итоге поражается, страдает и гибнет живой организм: птица, рыба, жучок, растение. Естественно, что сохранение жизни как отдельного организма, так и биосферы является единственной и конечной целью любой системы мониторинга.

В связи с этим все очевидней становится необходимость накопления биологических знаний об устойчивости к антропогенным воздействиям биосистем в зависимости от уровня их организации и экологизации всех разрабатываемых технических средств и выпускаемых нормативов.

Биоиндикационные методы оценки состояния окружающей среды, довольно интенсивно разрабатываемые во всем мире в последние 20-30 лет, наиболее адекватно отражают проблемы живой природы и при достаточно широком распространении могут быть использованы как отдельными членами общества, так и заинтересованными в сохранении естественной природы социальными организациями. Явный недостаток доступной для широкого понимания информации в этом направлении стимулировал автора к подготовке предлагаемого издания, которое может быть интересно как для специалистов, работающих в этой области, так и всех тех, кто заинтересован в сохранении естественной среды обитания, обеспечивающей полноценную жизнь наших детей.

Автор выражает благодарность за помощь и поддержку при написании и издании этой книги А.Л. Мерзлякову, Г.Ф. Плеханову, О.Г. Нехорошеву, Л.А. Ивановой, А.К. Баскурян, И.В. Мигалкину, А.Н. Галкину, В.К. Савицкому и всем тем, кто способствовал выходу настоящего издания “Биоиндикация экологического состояния окружающей среды”.

БИОИНДИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ

ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Использование биологических изменений окружающей среды с целью оценки и прогноза ее состояния началось с первых шагов человека. Ведь именно совокупность биоиндикационных представлений о поведении животных лежала в основе успешной охоты. Только биологические знания экологии зерновых позволили нашим предкам отобрать и селекционировать будущие сельскохозяйственные культуры.

Несколько утрируя, можно сказать, что выживаемость первобытной человеческой популяции всецело зависела от «биоиндикационных» познаний первобытного человека. Эти знания накапливались, передавались в устной, культовой — шаманство: поклонение духам растительности и животных — и письменной формах из поколения в поколение.

Развитие городов, технический прогресс, создание искусственной среды обитания человека изменили взаимоотношения человека с природой, выдвинув на первое место технические средства контроля за окружающей средой. Необходимость соотношения измеряемых параметров физико-химического состояния среды с их биологическим значением стимулировала биоиндикационные исследования в русле научно-технических представлений. Наверное, первый достаточно широко известный биоиндикатор был описан Ч. Дарвином — эффект меланизма городских бабочек, т.е. изменение в результате естественного отбора более темной окраски бабочек, мимикрирующих под темную кору закопченных городских деревьев. В середине XIX века описаны повреждения растений дымом вокруг английских содовых фабрик. В ряде европейских стран изменения в морфологии растений при увеличении химически активных веществ используются в национальной системе мониторинга.

Устойчивость биосистем

Успешное использование биоиндикаторов для оценки состояния окружающей среды основывается на ряде эмпирических представлений. Первое — устойчивость биосистем к любому повреждающему фактору среды может быть представлена в виде убывающего ряда биологических форм. Второе — для всех биологических систем характерен принцип универсальности, следовательно, всегда возможен перенос наблюдаемых изменений от одного вида биосистем к другому. Третье — эмоциональная убедительность, когда вы видите в середине лета пожелтевшую траву, пустой без птичьих голосов сад, массовое размножение гусениц, отсутствие рыбы в пруду или речке, вы отчетливо осознаете, насколько вредно жить там, где вы живете.

В современной биологии принятой считается концепция об уровнях организации биосистем: так начальный уровень организации биологических систем принято считать молекулярным, а завершающим является биосферный. Под устойчивостью биосистем мы будем понимать способность биосистемы противостоять внешним изменениям среды в целях самосохранения. Основываясь на таких самых общих представлениях, попытаемся графически представить устойчивость биосистем в зависимости от уровня их организации (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость устойчивости биосистем

от уровня их организации.

Несомненно, что молекулярный уровень: вирусы, нуклеиновые кислоты, белки, аминокислоты — по степени своей устойчивости сравним с неживой материей. Следующий уровень — клеточный: микробы, одноклеточные, водоросли и т.д. — обладает также высокой степенью устойчивости вследствие своей способности образовывать споры. Последующие: органоидный (специализированные органы: сердце, печень, почки, легкие ...) и физиологический (физиологические системы: кровеносная, нервная, иммунная) уровни выделены условно в подтверждение идеи о том, что устойчивость всех внутренних органов организма выше устойчивости всего организма. Начиная с организменного уровня, устойчивость сообщества биоценоза и биосферы определяется их способностью к созданию относительно постоянной биотической и абиотической среды, в которой возможны существование организмов и эволюция популяций. Следовательно, от молекулярного до популяционного уровня организации живой материи устойчивость биосистем определяется в большей степени их приспосабливаемостью, т.е. пассивной защитой. Начиная с уровня сообщества, характер биологических механизмов, обеспечивающих устойчивость, становится принципиально другим — активным, создаются системы круговоротов веществ, энергии и информации, обеспечивающих стабильность биосферы. Создаются природоохранные экраны: озоновый, углекислый; обеспечивается цикличность климатических условий планеты. И в этих условиях сформировавшейся биосферы «разменной монетой» стабильности экологической среды становится организм, т.к. это наиболее неустойчивая, а значит, и наиболее пластичная единица структурной организации биосферы.