WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Экология.ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ-2000(10)

Научный журнал

 

МОДЕЛЬ КОЛОКОЛОВИДНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА ВДОЛЬ

ГРАДИЕНТА СРЕДЫ (Уиттекер, 1980) - одна из формализации нормальной

(Работнов, 1983) или равновесной (Злобин, 1989) реакции популяций на из

менения окружающей среды вдоль одного фактора, проявление принципа ли

митирующих факторов (разд. 5.1). Данная модель используется как основа

ряда методов ординации (гауссова ординация). Она также широко использу

ется при описании взаимодействия популяций (разд. 5.4) и при формализации

представлений   об   экологической   нише      (разд.   5.5;       см.,      например,

рис. 23).

ПОСТУЛАТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НЕЗАВИСИМОСТИ АДАПТАЦИИ (Де-дю, 1990) - допущение, согласно которому степень выносливости по отношению к какому-либо фактору не означает соответствующей реакции вида по отношению к другим факторам.

Это совершенно очевидный постулат, не требующий комментария -"...индивидуальность популяций - это наиболее очевидное их свойство" (Злобин, 1989, с. 60). Более того, естественные ценопопуляции (включая сформированные под воздействием человека виды рудеральных и сегетальных сообществ) состоят из неодинаковых особей, также по-разному адаптированных не только к различным, но и к одному фактору. Эта неоднородность (Наумова, 1995) определяется генотипическими (экологические варианты вида, половая дифференциация особей) и фенотипическими причинами (возрастной состав и дифференциация по жизненному состоянию - виталитету). Отдельные ценопопуляции одного вида растений могут демонстрировать даже разные типы стратегий (Dakshini, Sabina, 1981). Такого рода неоднородность ценопопуляции повышает их устойчивость в сообществе, так как они более полно используют ресурсы среды и легче переносят неблагоприятные условия. В табл. 29 в качестве иллюстрации приведена сравнительная экологическая характеристика нескольких видов растений по шкалам Л.Г.Раменского (Раменский и др., 1956; Наумова, 1995, с. 144): легко видеть высокое сходство этих видов по фактору "переменности увлажнения" и существенное различие (независимая

Таблица 29 Сравнительная экологическая характеристика некоторых массово (более 8%) представленных видов растений (Раменский и др., 1956)

Вид

Шкала (число градаций)

увлажнение (120)

богатство и

засоленность почвы (30)

пастбищная дигрессия (10)

переменность

увлажнения

(20)

Festuca valesiaca

21-53

10-22

4-6

9-12

Agrostis alba

56-71

12-17

1-3

10-13

Phalaroides arundinacea

89-94

11-17

2-3

10-13

Carex gracilis

95-103

10-17

2-4

10-11

адаптация) по самому фактору "увлажнения".    [ Справедливости ради следует отметить,   что шкала "увлажнения"   содержит   120 ступеней,   а шкала "пере-

285


менности увлажнения" в 6 раз меньше - всего 20 ступеней (Раменский и др., 1956). Детальный анализ этих шкал, выполненный Ю.И.Самойловым (1973), убедительно продемонстрировал их неоправданную дробность. ]

ПОСТУЛАТ ОБЪЕДИНЕНИЯ ВИДОВ ПО ЖИЗНЕННЫМ ФОРМАМ    -

все виды сообщества (как систематически близкие, так и далекие) могут быть объединены в группы по сходству типов приспособления (адаптации) к сходным условиям среды (жизненным формам) * . Классификаций жизненных форм существует большое количество: каждая из них отражает ту или иную особенность и среды обитания организмов, и их приспособленности к ней. Далее рассмотрены некоторые примеры классификации организмов по жизненным формам. Само понятие «жизненная форма» было предложено в 1884 г. датским ботаником Э.Вармингом (E.Warming).

Нейстон (совокупность живых организмов, обитающих у поверхности воды на границе водной и воздушной сред) подразделяется на:

  1. эпинейстон (организмы, располагающиеся как бы сверху этой пленки сгущения жизни, - водоросли, бактерии, цианеи, некоторые голые амебы, известные клопы-водомерки и пр.);
  2. гипонейстон (организмы, "прикрепленные" снизу к поверхности этой пленки, - водоросли, бактерии, многие рачки и мальки рыб, имеющие на спине что-то вроде присоски для присоединения к этой пленки, моллюски-янтиниды передвигаются на особых пенистых плотиках из слизи и пр.; Сте-баев и др., 1993).

Почвенные организмы, исходя из размеров, подразделяются на три группы жизненных форм (Fenton, 1947; цит. по:  Одум, 1975):

  1. микробиота (почвенные водоросли, бактерии, грибы, простейшие);
  2. мезобиота (нематоды, энхитреиды, личинки насекомых, микроартроподы, клещи,  ногохвостки и пр.);
  3. макробиота (корни растений, крупные насекомые, черви, роющие позвоночные /кроты, суслики и др./ и пр.).

Классификация жизненных форм растений по К.Раункиеру (Raunkiaer, 1905) - жизненные формы выделены по признаку положения у растений "переннирующих тканей" - почек и побегов (а также семян и плодов) -относительно почвы в неблагоприятный сезон жизни (зима, засуха и пр.; Одум, 1975;  Уиттекер, 1980):

  1. эпифиты ("воздушние растения", не имеющие корней в почве);
  2. фанерофиты (древесные растения, почки возобновления которых находятся высоко над поверхностью почвы - выше 25 см - на вертикально расположенных побегах и полностью открыты воздействию атмосферы; по размерам различают макро-, нано- и микрофанерофиты);
  3. хамефиты (различные растения с почками возобновления, расположенными на высоте до 25 см; зимой они могут быть защищены снежным покровом);

Наиболее подробно соотношение понятий «жизненная форма», «форма роста» и «функциональный тип» рассмотрены в монографии Б.М.Миркина и Л.Г.Наумовой (1998). При этом подчеркивается, что система жизненных форм первична, а системы форм роста (попытка освободить морфологию от экологии) и функциональных типов (решение обратной задачи) являются ее прагматическими вариантами.

286


  1. гемикриптофиты (многолетние травы с переннирующими тканями на уровне почвы или непосредственно под ее поверхностью);
  2. криптофиты (геофиты) многолетние травы с переннирующими тканями, скрытыми в почве (луковицы, клубни, корневища и пр.), что защищает их от воздействий приземного слоя воздуха;
  3. терофиты (однолетники или эфемероидные травы, переживающие неблагоприятные сезоны только в виде семян).

"Эта типология сыграла в экологии и фитоценологии очень большую роль в познании структуры растительности и адаптивных реакций растений. Она была применена почти во всех растительных зонах Земли для выяснения закономерностей структуры растительности... Это позволило легко и быстро определить принадлежность каждого вида к жизненной форме и составить так называемые биологические спектры флоры определенных территорий, типов растительности или даже растительности всего земного шара" (Трасс, 1976, с. 149).

Классификация жизненных форм (экобиоформ) по И.Г.Серебрякову основана на общем облике (габитусе) определенных групп растений, что выражает способности растений к пространственному расселению и закреплению на территории (Серебряков, 1962):

  1. деревья;
  2. кустарники;
  3. травянистые поликарпики [стержнекорневые, кистекорневые, коротко-корневищные, дерновые (в том числе - рыхлокустовые, длиннокорневищ-ные, столонообразующие,  корнеотпрысковые,  ползучие)];
  4. травянистые монокарпики (однолетники).

Классификация жизненных форм по Р.Уиттекеру (R.Whittaker) -популярная система, основанная на физиономических особенностях (формах роста) растений (Уиттекер, 1980):

  1. деревья (крупные древесные растения - иглолистные, широколиственные вечнозеленые и листопадные, вечнозеленые склерофильные, колючие, розеточные, бамбуковые);
  2. лианы (древесные лазящие или вьющиеся растения);
  3. кустарники (небольшие древесные растения, обычно ниже 3 м - те же группы, что и у деревьев плюс стеблевые суккуленты, полукустарники и кустарнички);
  4. эпифиты (растения, растущие целиком над поверхностью земли, на других растениях);
  5. травы (папоротники, злаковидные, разнотравье);
  6. таллофиты (растения без четкого расчленения на стебли, листья и корни - лишайники, мхи,  печеночники).

В качестве примера приведем спектр жизненных форм по К.Раункиеру (рис. 41) для пихтово-ельников липовых южной тайги Низменного Заволжья (Широков, 1998, с. 66).

287


АКСИОМА АДАПТИРОВАННОСТИ Дарвина (Дедю, 1990) - экологическая аксиома, в соответствии с которой каждый вид адаптирован к определенной, только для него специфичной совокупности условий существования (фактически, к экологической нише). Эта аксиома вполне обеспечивает выполнение правила экологической индивидуальности видов (Раменский, 1925). Эти особенности распределения видов задают специфику сообществ, что требует применения для их исследования и теоретического описания и специфических методов.

6          7               1

9%        3%         13%       2

5       ^<          VI             ^^    9%

17% F^Z^^^^H 4%

4 45%

Рис. 41. Спектр жизненных форм пихтово-ельников липовых;   1 - макрофанеро-фиты,   2 - микрофанерофиты,   3 - нанофанерофиты,   4 - гемикриптофиты,   5 -

геофиты,   6 - хамефиты,   7 - терофиты

288


5.9. СТРУКТУРА СООБЩЕСТВ

(ЧАСТНЫЕ, ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ)

Учение о географической зональности, связанное с именами Ж. де Турнефора, А.Гумбольдта, А. Де Кандоля, В.В.Докучаева, В.В.Алехина, Л.С.Берга, А.А.Григорьева, М.И.Будыко, А.Г.Исаченко, Ф.М.Милькова, Ю.И.Чернова и других естествоиспытателей, на ранних этапах выступало "двигателем" экологических исследований, а позднее само вошло в экологию как способ описания пространственных закономерностей изменения структуры экосистем. При этом следует согласиться с Ю.И.Черновым (1975, с. 14), который подчеркивает, что "...в природе, безусловно, не существует реальных «почвенных зон», «климатических зон», «геоботанических зон», а тем более «зоогеогра-фических» или «зон фауны»... Географическая зональность проявляется в ландшафтной оболочке Земли как единая закономерность, охватывающая все ее части. Однако сила влияния зональных факторов на разные элементы структуры биосферы неодинакова, поэтому отдельные компоненты могут быть критериями разных уровней зональной таксономии".

Основными факторами географической зональности являются солнечная радиация и показатели количества влаги. Именно на этих параметрах основаны многочисленные индексы, оценивающие различия и сопоставляющие величины тепла и влаги в разных территориях. В настоящее время наибольшей популярностью пользуется "радиационный индекс сухости" М.И.Будыко, предложенный в 1948 г. и имеющий, по мнению многих географов, наиболее общий биогеографический смысл:

КВ = R/(L*r) ,

где R - годовой радиационный баланс; L - скрытая теплота испарения; г -годовая сумма осадков. Если Кв = 1, то это свидетельствует о соразмерности между количеством тепла и влаги, что характеризует наиболее благоприятные для биологических компонентов ландшафта условия. Значения Кв < 1 указывают на избыток влаги,   Кв > 1   - на повышенную сухость.

Близким по смыслу индексу Будыко является коэффициент, предложенный В.В.Докучаевым (1900) и Г.Н.Высоцким (1909) и модифицированный Н.Н.Ивановым (1949):

Kdvi = г/Е ,

где Е - возможная годовая испаряемость (с открытой водной поверхности); иными словами, Е = E(R). Тогда Kdvi = 1 в зонах с примерно равным соотношением тепла и влаги, в остальных случаях он обратно пропорционален индексу Будыко.

Существует еще целый ряд гидротермических индексов, используемых при количественном анализе отдельных компонент биосферы. Укажем на один показатель,    который использовал Д.А.Криволуцкии для анализа зонального

289


распределения панцирных клещей, - "показатель благоприятствования условий":

(F + L)    г

Кк =  R *            * —   ,

F       Ет

где F - годовое количество опада, L - вес подстилки, Ет - среднегодовая испаряемость.

Все эти показатели, несмотря на их логическую убедительность и широкое использование, - объект "индексологии". В их основе лежат индуктивные представления, они не вытекают ни из какой дедуктивной оптимизационной модели, что делает их весьма ненадежными и допускающими широкое трактование.

Завершая это вступление, еще раз процитируем Ю.И.Чернова (1975, с. 33): "Необходимое условие изучения структуры живого покрова в зональном плане -последовательный анализ зональных и азональных факторов как в смысле общих глобальных закономерностей, так и в отношении конкретного воплощения на земной поверхности. При ведущей роли зональных факторов, определяющих наиболее общие закономерности ландшафтной оболочки, в их проявлении на поверхности Земли огромную роль играют азональные влияния, которые на некоторых территориях могут даже играть доминирующую роль в формировании сообществ".

КОНЦЕПЦИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ Григорьева—Будыко (Реймерс, 1990) - со сменой физико-географических поясов аналогичные ландшафтные зоны и их некоторые общие свойства периодически повторяются. В частности, наблюдается повторение индекса Будыко (Кв) - в разных климатических поясах имеются зоны-аналоги с близкими величинами Кв и сходными по структуре сообществами. Хорошей иллюстрацией этой концепции является соотношение численности панцирных клещей и индекса Кк (Криволуцкий, 1967; цит. по: Чернов, 1975, с. 157),  представленное на рис. 42.

ПРИНЦИП ПРИРОДНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ Гумбольдта—Докучаева (Де-дю, 1990) - закон, согласно которому распределение растений и животных на земной поверхности закономерно зависит от температуры и климата.

ПРИНЦИПЫ "МОЗАИЧНОСТИ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ" ЛЕСНЫХ СООБЩЕСТВ (GAP-ПАРАДИГМА) - современные представления о структуре и динамике естественных лесных сообществ тропических и умеренных широт. Основы этих принципов были заложены А.Уаттом (Watt, 1925, 1947). В соответствии с обзором В.Н.Короткова (1991, с. 7-8) выделяются следующие основные положения этой парадигмы:

• вне зависимости от географического положения и флористического состава естественные леса имеют сходные принципы мозаично-ярусной организации;

ЗАКОН ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ (Дедю, 1990) - изменение характера, в первую очередь фитоценозов, связанное с изменением климата и почв в зависимости от высоты над уровнем моря (имеет смысл указать и на ряд "отступлений" от этого закона, связанных с инверсией вертикальных поясов; например, спускание "языков" высокогорной растительности по узким горным долинам в силу скапливания там холодного воздуха). Иллюстративный пример опять позаимствуем из монографии французского географа Э.Реклю (E.Reclus) "Земля. Описание жизни земного шара. Том X. Жизнь на Земле" (1872) в переводе Д.А.Коропчевского 1895 г. (с. 43-44):

"Во Франции, среди высоких гор, выше всего над равнинами поднимается Ка-нигу (Пиренеи, юг Франции. - Ремарка наша); на его склонах, вполне заметных с открытого моря, Эме Массо и другие ботаники могли с полнейшею точностью измерить пояса растительности, расположенные ярусами. Оливковые деревья, покрывающие поля Тета и Тека, растут на выступающей подошве горы до высоты 420 метров; виноградная лоза заходит выше, но на высоте 550 метров и она исчезает; каштан поднимается только до 800 метров. Последние поля, на которых возделываются рожь и картофель не поднимаются выше 1640 метр., где бук, сосна, ель и береза уже страдают от ветров и холодных зим. Ель останавливается на высоте 1250 метр.; береза не осмеливается расти выше 2000 метр.; более смелая сосна лепится по обрывистым склонам до высоты 2430 м., подходя близко к вершине горы. Еще выше, растительность составляют лишь альпийские или полярные виды. Рододендрон, первые кустики которого показываются на высоте 1320 м., достигает предельной высоты на 2640 метр. Можжевельник, стелясь по земле и на половину пряча в ней свои ветки, доходит до самой вершины, возвышающейся на 2785 метр, и остающейся под снегом ежегодно в течении трех месяцев".

МОДЕЛИ ГРАДИЕНТНОГО АНАЛИЗА (топо- и ценотопоклины; Мир-кин и др., 1989) - наиболее эффективные методы прямой ординации, позволяющие анализировать характер распределения параметров популяций и сообществ при возможности прямого измерения факторов среды (наиболее простой вариант выбора таких факторов - это пространственные и высотные то-поклины).

На рис. 43 представлен результат прямой ординации вдоль фактора "высота над уровнем моря" для растительности степей Тэвшрулэх (Монголия; Кашапов и др., 1975;  Миркин, Розенберг, 1978, с. 70).

5.10 ДИНАМИКА СООБЩЕСТВ (СУКЦЕССИИ, КЛИМАКС)

Как отмечалось выше (см. разд. 2.2), любая система характеризуется структурой и поведением (изменением системы во времени). Все многообразие динамических процессов в экосистемах с известной долей условности можно свести к следующим типам изменений (Уиттекер, 1980; Работнов, 1983; Миркин, 1985; Миркин и др., 1989;  Наумова, 1995):

  1. обратимые (суточные, сезонные, флуктуации);
  2. необратимые (сукцессии, эволюция сообществ, нарушения).

Один из вариантов классификации необратимых изменений экосистем приведен на рис. 44.

 

Необратимые изменения                  |

Сукцессии    I

Эволюция    I

Нарушения   1

т

Р

п

авто-

алло- |

с

генные

генные |

е

е

е

р

п

а

X

л

к

и

с

э

г

г

р и

н

т

н

ь

Р

р

и

н

е

О

О

X

е

О

н

д

й

л

р

О

Р о

г

О

а

Д

г

О

т

О

д

п

е

3

Ц

н

е

э

О

г

н

О

н

н

и

ы

н

к

г

е

а

г

е

а

я

е

е

о

е

н

я

е

3

г

3

г е н е

3

н е

3

е

3

н н а я

Р У

3

к а

^^

^^

^^

J      <-ш^Л

^^

Рис. 44. Классификация необратимых изменений экосистем (Миркин, 1985; Наумова, 1996)

295


Суточные изменения сообществ связаны с ритмикой многих природных процессов, когда температура, освещенность и некоторые другие факторы имеют четко выраженную суточную (сезонную и годичную) циклику. На побережьях океана существуют сложные ритмы жизни, связанные со сменой приливов и отливов. Много примеров суточных ритмов активности млекопитающих можно найти в монографии В.Е.Соколова и Г.В.Кузнецова (1978).

Интересную картину суточной динамики сообществ коралловых рифов рисует Р.Уиттекер (1980, С. 83-84): "На коралловых рифах Гавайских островов в дневное время активны многие виды рыб разнообразных и удивительных расцветок. Поскольку к вечеру освещенность уменьшается, эти рыбы перемещаются вглубь от поверхности воды, ища укрытие в расщелинах коралловых рифов или в других защищенных местах. По мере того как в воде темнеет, из убежищ появляются и обретают активность ночные рыбы. И дневные, и ночные обитатели рифов включают разных по способу питания представителей; многие дневные рыбы питаются водорослями и планктоном, а некоторые «чистят» других рыб, собирая паразитов с их кожи. Большая часть ночных рыб - это хищники, поедающие различных беспозвоночных животных, включая планктон, который ночью активен. Ночные рыбы в отличие от дневных имеют в большинстве своем оранжево-красную окраску. Кажется, что в некотором смысле красный цвет для морей является тем же, что серый для суши. Большинство наземных животных, деятельных ночью или в сумерках, - серые или коричневые по цвету, но рыба в океане и многие беспозвоночные животные, которые активны в темноте или при очень слабом свете, - красные. Красным цветом обладают не только ночные рыбы рифов, но и многие рыбы и беспозвоночные, постоянно живущие в темном среднем слое океана - ниже освещенных поверхностных вод, но выше самых глубоких частей океана. Незадолго до восхода солнца ночные рыбы уходят в убежище и замещаются дневными. Обратная картина наблюдается вечером. Именно в это время суток, в период вечерних и утренних сумерек, обе группы наиболее уязвимы для хищников, так как их цвет, глаза и поведение приспособлены или к свету или к темноте. В сумерках наиболее активна третья группа рыб-хищников, питающихся другими рыбами. Эти виды окрашены различно, но в целом они не похожи на остальные группы и имеют либо светлую, либо крапчатую окраску. Таким образом, эволюция на рифах выработала три группы рыб, каждая из которых богата видами, приспособленных к активности в различных условиях среды - на свету, в темноте и в сумерках."

Классическим примером суточной динамики может служить "вертикальная миграция" планктонных сообществ пресных вод. В качестве примера (см. рис. 45) приведем данные В.И.Попченко с соавторами (1983, с. 17), которые исследовали динамику эпифитона в Саратовском водохранилище в зарослях рогоза узколистного (Typhaangustifolia). Эта картина отличается от "классических" иллюстраций суточной вертикальной миграции планктона (см., например, Уиттекер, 1980, с. 85) учетом не только освещенности, но и трофических особенностей данного сообщества. С восходом солнца начинается фотосинтетическая деятельность низшей и высшей растительности; водоросли при этом держатся у поверхности воды (слой 0-20 см). За ними, с некоторым опозданием по времени, мигрируют беспозвоночные (преимуще-ственно, фильтраторы и седиментаторы). Это создает утренний пик численности у поверхности в период с 6 до 10 часов.

Днем, когда солнце достигает зенита, в связи с угнетающим действием прямых солнечных лучей, активность фотосинтеза снижается, альгофлора перемещается ко дну (слой 20-60 см); следуя за водорослями как кормовыми объектами у дна скапливаются и беспозвоночные,  образуя дневной пик (с 10

296


до 14 часов). По мере наступления сумерек водоросли, а за ними и животные, постепенно поднимаются вверх, равномерно распределяясь по стеблям рогоза и толще воды от дна до поверхности.

Вечером (с 18 часов) и водоросли, и зоопланктон медленно перемещаются в слой воды 60-80 см, а с заходом солнца (с 22 часов) сосредотачиваются у самого дна, образуя ночной пик численности гидробионтов.

Рис. 45. Суточная вертикальная динамика фитопланктона (а), микро- (Ь),

мезо- и макрозоофитоса (с)   в июле 1979 г. в фитоценозе рогоза

узколистного в Саратовском водохранилище

(Попченко и др., 1983, с. 16-17)

"У популяций организмов разных трофических уровней суточные миграции, связанные с ритмикой питания, в зарослях рогоза протекают в разное время. На свету водоросли активно усваивают минеральные соли, а развитие альгофлоры влечет за собой потребление их фильтраторами (низшие ракообразные, коловратки, моллюски и др.). С наступлением сумерек и ночью питаются бокоплавы, ручейники, гидрахнеллы и т.д. В утренние и вечерние часы, при массовом скоплении беспозвоночных и водорослей ближе к поверхности растений, обычно нагуливаются личинки и молодь леща, густеры, плотвы, синца, окуня и др. Такой характер трофических связей способствует исключению напряженности конкурентных пищевых взаимоотношений (иными словами, происходит увеличение размерности экологической ниши. - Ремарка наша)" (Попченко и др., 1983, с. 18).

Суточная изменчивость сообществ выражена и в наземных экосистемах. Это касается и сообществ птиц (насекомоядные птицы - мухоловки,  славки -

297


активны днем, козодой - в сумерках, совы - ночью), и насекомых (яркая окраска и неопределенность траектории полетов у дневных бабочек и тусклая окраска и медленный полет под защитой сумерек или темноты у молей; Уитте-кер, 1980).

Еще один пример суточной динамики, тесно связанный с суточным ходом тепла солнечной энергии, демонстрируется (рис. 46) на примере транспи-рации двух видов растений пойменных лугов р.Лены (Кононов, 1978, с. 11).

г/г в ч 2>

ас

L

/\

\

1

2

1

I

i

i

i

I                L,

09

11

13

15

17       19

время, часы

Рис. 46. Суточный ход интенсивности транспирации 7 июля 1972 г.: 1 - Hordeumbrevisubulatum, 2 - Poapratensis

Сезонные изменения. Смена сезонов для растительных сообществ характеризуется явлениями сменодоминантности (в одном и том же сообществе в разное время года или в разные годы, но в один период сезона выражены разные доминанты) и сменой аспектов (изменение облика фитоценоза в течение сезона; наиболее четко смена аспектов выражена в степях, где она была предметом изучения отечественных геоботаников - Г.И.Танфильева, И.К.Пачоского, В.В.Алехина, И.Н.Бейдеман и др.). Так, в заповеднике "Стрелецкая степь", где охраняются участки северных луговых степей на черноземах (Алехин, 1986; Наумова, 1996), поочередно зацветают сон-трава (Pulsatillapatens) с фиолетовыми цветами, желтым цветом горицвет весенний (Adonisvernalis) и синим - шалфей луговой (Salviapratensis). Такого рода фенологические изменения растительных сообществ отражают их адаптацию к климату и почвенным условиям и служат демонстрацией процессов дифференциации экологических ниш, снижающих конкуренцию внутри сообщества. Сезонный характер носит и динамика накопления надземной фитомассы растительных сообществ (в течение вегетационного периода или при смене времен года в тех зонах, где вегетационный период длится круглый год). В качестве примера рассмотрим динамику надземной массы в травяном покрове дубравы в лесостепи (липо-дубняк снытевый; Горышина, 1969, с. 176), представленную на рис. 47.

298


 


6 4 2

ц/га


IV         V          VI         VII        VIII

месяц

Рис. 47. Динамика надземной фитомассы травяного покрова лесостепной

дубравы:   1 - эфемероиды,   2 - виды летней синузии,

3 - общая фитомасса.

В данном случае характер сезонной динамики надземной фитомассы определяется изменением светового режима в толще растительного покрова. В лесостепной дубраве большинство видов ускоренно накапливают фитомассу до момента полного развития листьев деревьев (в условиях достаточной освещенности). При этом значительный вклад в образование весенне-ран-нелетнего пика фитомассы вносят эфемероиды (Scillasibirica, Corydalishalleri, Anemoneranunculoides, Gagealutea, Ficariavemaи др.) и некоторые другие виды, цветущие немного позднее эфемероидов (в частности, Lathyrusvernus, Carexpilosa, Asarumeuropaeumи др.; Горышина, 1969).

В качестве еще одного примера на рис. 48 приведена сезонная динамика содержания хлорофилла "а" (показателя биомассы фитопланктона) в Куйбышевском водохранилище (Паутова, Номоконова, 1994; Паутова, 1997, с.32). Как и для всех волжских водохранилищ, в сезонной динамике биомассы фитопланктона Куйбышевского водохранилища характерны ранне- и поздневесен-ние максимумы содержания хлорофилла "а", наличие 2-3-летних пиков и некоторое позднеосеннее увеличение его количества (поздневесенние и поздне-осенние максимумы не столь выражены и регистрируются значительно реже). Четкого совпадения максимумов и средней концентрации хлорофилла "а" в сезонной динамике нельзя и ожидать в силу разногодичнои вариабильности климатических, гидрологических и гидрохимических условий. Во многом это обусловлено искусственным характером этих водоемов и специфическими типами гидрологических режимов заполнения и сработки уровня воды, что было убедительно показано, в частности, В.В.Жариковым (1989, 1997) на сообществах планктонных инфузорий.

299


Рис. 48. Сезонная динамика содержания хлорофилла "а" в Куйбышевском водохранилище на р.Волга

Оригинальной иллюстрацией сезонной динамики представляется исследование частоты столкновений самолетов с птицами, проведенное в 1985 г. в районе аэродрома "Ульяновск" (Бородин, 1990). В районе аэродрома за год исследований было отмечено 96 видов птиц, еще 12 видов были встречены не более чем в 1 км от летного поля. Среди зарегистрированных птиц доминировали врановые, вьюрковые, обыкновенные скворцы и голубеобразные, достаточно обычны были овсянковые и трясогузковые. Всего в 1985 г. было отмечено 29 случаев столкновений самолетов с птицами (36 особей), 4 из них привели к повреждению воздушных судов ИЛ-86 и ТУ-154м. Чаще всего самолеты сбивали полевых жаворонков, черных стрижей и кобчиков.

Увеличение числа столкновений весной, во второй половине августа и осенью (см. рис. 49) объясняется, естественно, сезонными миграциями. Количество столкновений в конце июня, июле и августе заметно увеличивается, что объясняется разными авторами (Якоби, 1974; Рогачев, Лебедев, 1984; Бородин, 1990),  в основном, двумя причинами:

  1. повышением активности птиц, совершающих послегнездовые кочевки (численность их многократно возрастает, многие виды начинают вести стайный образ жизни);
  2. около взлетно-посадочной полосы оказываются молодые особи, которые еще плохо летают, слабо ориентируются и не умеют избегать столкновений с воздушными судами.

Интересно отметить, что все это наблюдается на фоне малой изменчивости интенсивности полетов самолетов.

300


Рис. 49. Частота столкновений самолетов с птицами (гистограмма) и

интенсивность полетов воздушных судов (кривая) в районе

аэропорта "Ульяновск" в 1985 г. (Бородин, 1990, с. 77)

Флуктуации (от лат. fluctuatio - колебание) - ненаправленные, различно ориентированные или циклические (с циклом не более 10 лет; Работ-нов, 1983) разногодичные изменения сообществ, завершающиеся возвратом к состоянию, близкому к исходному. Термин «флуктуация» в этом контексте одним из первых использовал в 1939 г. американский фитоценолог Г.Глизон (G.GIeason). Флуктуации порождаются либо колебаниями климата, либо ритмами развития биотических компонент экосистемы. По амплитуде и длительности флуктуации подразделяются (Миркин и др., 1989, с.202) на следующие типы:

  1. скрытые (изменения визуально не улавливаются);
  2. осцилляции (обнаруживаются при непосредственном наблюдении);
  3. дигрессионно-демутационные (амплитуда и длительность изменений превышает "среднеаспирантский" интервал наблюдений, то еесть больше 5-6 лет).

Т.А.Работнов (1983) различает следующие типы флуктуации по воздействующим факторам.

  1. Экотопические (климатогенные) флуктуации - наиболее распространенный тип флуктуации. Разногодичная изменчивость параметров экосистемы (например, численность, продуктивность или биомасса) может достигать порядков. Так, количество зайцев за 80 лет наблюдений (классическая система "зайцы - рыси"; см. рис. 20) изменялось более чем в 100 раз, рысей - более чем в 50 раз. [ Справедливости ради заметим, что данный пример демонстрирует не только экотопические флуктуации, несущие основную нагрузку в динамике системы "зайцы - рыси", но и некоторые другие типы, которые будут рассмотрены далее. ]
  2. Фитоциклические флуктуации относятся к растительным сообществам и связаны с особенностями биологических ритмов растений.   Например,   дуб

301


(Quercusrobur) обильно плодоносит в среднем 1 раз в 4 года и, естественно, на следующий после массового плодоношения год в растительном сообществе будет много его всходов.

  1. Зоогенные флуктуации обусловлены массовым развитием какого-либо вида животных (например, саранча, непарный шелкопряд и др.), в существенной степени изменяющим всю экосистему.
  2. Антропогенные флуктуации. Эти изменения связаны с кратковременными и ненаправленными воздействиями человека на экосистемы. Например, перевыпас может привести к значительному изменению структуры травостоя пастбищ (Наумова, 1996).

Сукцессии (от лат. successio - преемственность, наследование) относятся к разряду необратимых изменений экосистем. В качестве иллюстрации приведем несколько определений, которые объясняют это сложное природное явление.

"Развитие экосистемы, чаще всего называемое экологической сукцессией (курсив автора. - Ремарка наша), можно определить по следующим трем параметрам: 1) это упорядоченный процесс развития сообщества, связанный с изменениями во времени видовой структуры и протекающих в сообществе процессов; он определенным образом направлен и, таким образом, предсказуем; 2) сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. сукцессия контролируется сообществом... 3) кульминацией развития является стабилизированная экосистема, в которой на единицу имеющегося потока энергии приходится максимальная биомасса (или высокое содержание информации) и максимальное количество симбиотических связей между организмами. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе, называется сукцессией" (Одум, 1975, с. 324).

"Последовательность изменений, происходящих в нарушенном местообитании, называется сукцессией, а достигаемая в конечном счете растительная формация - климаксом (курсив автора. - Ремарка наша)" (Риклефс, 1979, с. 355).

"...процесс развития сообществ называется сукцессией... Сукцессионные изменения сообществ в разной степени связаны с внешними и внутренними по отношению к сообществу факторами, многие сукцессии могут быть вызваны одновременно причинами того и другого рода в их тесном переплетении. В любом случае градиент изменения условий среды и градиент изменения видовых популяций и сообществ оказываются параллельными. Сукцессии - это экоклин во времени (курсив наш)" (Уиттекер, 1980, с. 176).

"Сукцессия - постепенные необратимые... изменения состава и структуры сообщества, вызываемые внутренними (автогенная сукцессия) или внешними (алло-генная сукцессия) причинами" (Миркин и др., 1989, с. 178).

"Изменения растительности (растительных сообществ), имеющие необратимый последовательный характер, называются сукцессиями (курсив авторов. - Ремарка наша). Движущей силой сукцессии являются внутренние процессы (эндогенез) и внешние воздействия (экзогенез). Сукцессии идут непрерывно... В чистом виде автогенные и аллогенные сукцессии не существуют в силу того, что внутренние и внешние причины всегда сопутствуют друг другу"  (Ипатов, Кирикова, 1997, С. 254).

Эта подборка цитат позволяет увидеть как "общую часть", так и различия в определении такого сложного понятия, как «сукцессия». Например, Ю.Одум понимает сукцессию достаточно узко, относя к ней только автогенные процессы, Р.Риклефс - только вторичную сукцессию, другие авторы рассматривают сукцессию как многомерное и непрерывное явление в пространстве различных характеристик изменений.

302


Соотношение разных видов сукцессии хорошо иллюстрирует табл. 30, которая с некоторыми незначительными модификациями взята из работ Б.М.Миркина (1985, с. 77) и Л.Г.Наумовой (1996, с. 95).

Таблица 30 Классификация сукцессии сообществ

Варианты

Типы и подтипы сукцессии

автогенные

аллогенные

сингенез     эндоэкогенез

гейтогенез

гологенез

По масштабу времени:

быстрые (10-летия)             +

+

+

средние (100-ле-

+

+

+

тия)

медленные (1000-

летия)

+

+

очень медленные

(десятки 1000-

летий)

+

+

По обратимости:

необратимые                      +

+

+

+

обратимые (цикли-

ческие сукцессии)

+

+

По степени постоянства

процесса:

постоянные                           +

+

+

+

непостоянные

+

По происхождению:

первичные                             +

+

вторичные                             +

+

По тенденции изменения

продуктивности

и видового богатства:

прогрессивные                     +

+

+

+

регрессивные                       +

+

+

+

По антропогенности:

антропогенные                    +

+

+

+

природные                          +

+

+

+

По биоэнергетике развития:

автотрофные                      +

+

+

+

гетеротрофные

+

+

+

303


Сингенез - изменения происходят под влиянием взаимоотношений между видами сообщества, дифференциации экологических ниш без существенного изменения видами условий местообитания. Основная роль сингенеза отмечается для начальных стадий и для очень быстрых по масштабу времени сукцессии. Соотношение P/R (Р - первичная продукция, R - дыхание) больше единицы. Сингенетические изменения необратимы и постепенны, могут проявляться как на первичных, так и на вторичных местообитаниях (в последнем случае чаще всего время, "отпущенное" на сингенез, меньше, чем для первичной сукцессии), протекать по типу прогрессивной и, реже, регрессивной сукцессии (для растительных сообществ с участием на первых этапах оппортунистических популяций - плотность которых не зависит от смертности и потому растения могут плодоносить при очень высоком перенаселении за счет миниатюризации особей; например, у мари белой (Chenopodiumalbum) возможно уменьшение особей в 20 тыс. раз!). Наконец, сингенез - природный процесс, но его "пусковым механизмом" могут быть и антропогенные факторы (Миркин, 1985, с. 77).

Против выделения сингенеза в отдельный тип сукцессии высказываются ряд фитоценологов (Шенников, 1964; Василевич, 1983; Ипатов, Кирикова, 1997), считая его просто одним из механизмов сукцессии вообще. Правда, В.С.Ипатов и Л.А.Кирикова (1997, с. 255) выделяют тип инициальной сукцессии, которая по своему содержанию идентична сингенезу. Действительно, граница между сингенезом и эндоэкогенезом достаточно эфемерна, и все же сингенез не сопровождается кумулятивным влиянием на среду. Иными словами, при "остановке" сингенеза среда имеет шансы вернуться в исходное состояние (отмершие растения не будут затенять почву и друг друга, дожди вернут влагу и пр.; Миркин, 1985), а вот "остановка" эндоэкогенеза (например, процесс зарастания озера; см. Уиттекер, 1980, с. 177) оставит свои следы (слой органических отложений на дне и т.д.). Думается, что кроме чисто эстетического "принципа симметрии" (по два типа сукцессии в рамках автогенных и аллогенных сукцессии) следует согласиться и с Б.М.Миркиным (1985, с. 78), который считает, что "...еслиэту категорию сукцессии (сингенез. - Ремарка наша) Сукачева—Александровой не следует абсолютизировать, то нет необходимости от нее отказываться. Существование переходных ситуаций от сингенеза к эндоэкогенезу должно восприниматься как совокупное проявление действия обоих процессов".

Примерами сингенеза могут служить первые стадии зарастания новых субстратов (песчаных отмелей, скальных осыпей, лавовых потоков - первичные и природные сукцессии) и восстановление растительности на нарушенных человеком территориях (зарастание насыпей дорог, залежей и пр. - первичные и вторичные антропогенные сукцессии).

Эндоэкогенез - изменение сообщества путем изменения условий среды, сукцессия в классическом (узком) смысле. Рассматриваемые далее модели сукцессии дают достаточно полное описание этого типа автогенных сукцессии.

Примерами эндоэкогенеза являются процессы зарастания стариц, переход низинных болот в верховые и т.д. (природная сукцессия) и изменения под воздействием разного рода деструкции (полное или частичное разрушение сообщества в результате воздействия антропогенных факторов - рубки ухода за лесом). Большое число примеров эндоэкогенеза приведено в учебнике В.С.Ипатова и Л.А.Кириковой (1997).

304

Гейтогенез - локальные (т.е. не связанные с общими тенденциями развития ландшафта) аллогенные смены. Гейтогенез - сравнительно быстрая по масштабу времени сукцессия (что, естественно, связано с ее локальностью), вызываемая чаще всего антропогенными факторами (см. далее законы Дансеро). Необратимый характер геитогенеза может наблюдаться, как правило, в экологически ранимых ландшафтах экстремальных условий среды (техногенное загрязнение тундровых экосистем в условиях нефтедобывающих районов северо-восточной Сибири). Регрессивный гейтогенез называется ретрогрессией.

Примером локальных внешних воздействий, приводящих к гейтогенезу, можно считать воздействие на растительность диких животных (природная сукцессия; см. табл. 31) и хозяйственную деятельность человека (пастбищная дигрессия,  воздействие мелиорации и пр. - антропогенные смены).

Таблица 31 Использование надземной фитомассы млекопитающими

в экосистемах открытых пространств (Абатуров, 1984; цит. по: Ипатов, Кирикова, 1997, с. 282)

Местообитание

Млекопитающие

Использование

надземной фитомассы, %

Степь (Монголия)

полевка Брандта

25-75

Поля люцерны (Болгария, Польша)

обыкновенная полевка

21-32

Полупустыня (Северный Прикаспий)

малый суслик

суслик и домашние овцы

10-25 57

Степь (Украина)

степной сурок

сельскохозяйственные копытные и сурки

1-6 11-48

Полупустыня (Калмыкия)

сайгак

18-45

Луга (Австралия)

кролик

25-50

Саванна (Уганда, Африка)

водяной козел

10

Кустарниковые заросли (Калифорния, США)

олени и домашние овцы

70

Тропические луга (Африка)

грызуны и дикие копытные

20-34

Саванна (Африка)

дикие копытные

60-80

305


Гологенез - изменения целых ландшафтов с более или менее параллельным изменением растительных сообществ и экосистем разных урочищ. Природный гологенез - это процесс масштаба тысячелетий (например, развитие ильменей в низовьях Волги), антропогенный (в результате, например, строительства гидротехнических сооружений, вызывающих подтопление, затопление, засоление и пр.; Миркин, 1985) - протекает значительно быстрее. На рис. 50 приведены данные по смене ассоциаций растительного покрова поймы р.Волги в результате возрастания водного стока (Голуб, Лысенко, 1997, с. 67).

Природный гологенез всегда постоянен и необратим, а вот антропогенный может оказаться обратимым процессом, если его последствия не зашли слишком далеко (третий закон Дансеро).

Рис. 50. Встречаемость растительных ассоциаций на профиле в пойме р.Волги:

1 - асе. Sparganio erecti-Typhetum angustifoliae, 2 - асе. Phalaroido-Scirpetum,

3 - асе. Bolboschoeno-Inuletum, 4 - асе. Aeluropodetumpungentis,

5 - ace. Argusio-Phragmitetum

КОНЦЕПЦИЯ КЛИМАКСА (Миркин и др., 1989) - концепция, заключающая в признании возможности существования некоторых устойчивых и равновесных по отношению к внешней среде экосистем. Климакс - это результат автогенных и аллогенных сукцессии, не абсолютно устойчивое состояние, а фаза относительно медленного развития. [ Правильная транскрипция английского слова climax должна быть "клаймэкс", но по установившейся традиции используется термин «климакс» (аналогично, пианист Ван Клиберн вместо Ван Клайберн). ] Изменения, происходящие в основных структурных и функциональных характеристиках экосистем,  представлены в табл. 32.

306


Таблица 32 Тенденции, которые следует ожидать в процессе сукцессии экосистем (Одум, 1975, с. 325; с добавлениями)

Признаки экосистемы

Стадии сукцессии

начальные (развивающиеся)

климаксовые (зрелые)

Энергетика сообщества

P/R(отношение валовой продукции

к дыханию) Р/В (отношение валовой продукции

к биомассе) В/Е (отношение биомассы к единице

потока энергии) Чистая продукция сообщества Пищевые цепи

> 1 <

высокое

низкое высокая линейные (пастбищные)

«1

низкое

высокое

низкая

ветвящиеся

(детритные)

Структура сообщества

Общее органическое вещество Неорганические биогенные

вещества Видовое разнообразие Биохимическое разнообразие Структурное разнообразие

(ярусность и пространственная

гетерогенность)

мало экстрабиотические мало мало

мало

много интрабиоти-ческие велико велико

велико

Жизненный цикл

Специализация по нишам Размеры организмов Жизненные циклы

широкая небольшие короткие и

простые

узкая

крупные

длинные и

сложные

Круговороты биогенных веществ

Круговороты минеральных веществ Скорость обмена биогенных

веществ между организмами и

средой Роль детрита в регенерации

биогенных веществ

открытые

высокая незначительная

замкнутые

низкая значительная

Изменения "вперед"

Изменения "назад" (ретрогрессия)

медленные быстрые

Давление отбора

Характер роста

Продукция

быстрый

(г-отбор)

количество

медленный (К-отбор) качество

Всеобщий гомеостаз

Внутренний симбиоз

Стабильность

Энтропия

не развит

низкая

высокая

развит

высокая

низкая

307


ГИПОТЕЗА МОНОКЛИМАКСА Клементса (Одум, 1975; Уиттекер, 1980; Миркин, 1985; Дедю, 1990) - признание возможности существования в каждой природной зоне (исключительное значение климатических факторов) одного устойчивого климаксового состояния вне зависимости от того, где бы ни начиналась сукцессия - на скальных осыпях, песчаных дюнах или при зарастании пруда. Гипотеза была предложена Ф.Клементсом (F.Clements) в 1904 г.

Сущность гипотезы климатического моноклимакса Клементса сводится к четырем положениям, три из которых Р.Уиттекер (Whittaker, 1974) считал обязательными - устойчивость, конвергенция (сближение признаков сообщества в ходе сукцессии) и превалирование (преобладание этих климаксов по площади). Четвертое положение - аналогии климаксового сообщества организму -факультативное. Кроме основных климаксов, Ф.Клементе допускал существование большого числа вспомогательных климаксов - отклонений под воздействием того или иного существенного в территории фактора: субклимакс ("задержавшаяся" сукцессионная стадия - растительность речной поймы; Миркин, 1974), дисклимакс (нарушенный климакс - пастбищные сообщества), постклимакс (климакс более высокой по уровню организации жизненной формы - лес в степи), преклимакс (обратный постклимаксу - степь в лесу). [ Представления о постклимаксе и преклимаксе, в известной степени, отражали представления В.В.Алехина и Г.Вальтера, сформулированные в виде правила предварения; см.разд. 5.9 ]. Все климаксы одного района объединялись Ф.Клементсом в панклимакс (высшая синтаксономическая единица - климакс-формация).

Гипотеза моноклимакса с момента появления подвергалась критике -три основных ее положения оказались несопряженными и потому ей на смену пришли представления о поликлимаксе. Таким образом, гипотеза моноклимакса сегодня представляет чисто исторический интерес (Миркин, 1985, 1986; Миркин и др., 1989, с. 120). Но следует отдать должное Ф.Клементсу, который был предан этой гипотезе и "...пронес ее, как знамя, через всю свою научную биографию" (Миркин, 1986, с. 140). Интересен и такой факт: в одной из последних своих работ Ф.Клементе (Clements, 1949) еще раз подтвердил приверженность гипотезе моноклимакса и назвал статью «"Сезам, открой дверь" для фитоценологии», на что восходящая звезда экологии и фитоценологии Р.Уиттекер (Whittaker, 1953) едко отреагировал - "в пустую комнату". Заметим также, что в монографии С.М.Разумовского (1981) имеет место "возврат" к этим представлениям в связи с отстаиванием автором представлений о дискретности растительного покрова.

ГИПОТЕЗА ПОЛИКЛИМАКСА Нихолса—Тенсли (Уиттекер, 1980) - признание существования в одном климатическом районе нескольких климаксов, различающихся эдафически. Представления о поликлимаксе были развиты путем критики концепции моноклимакса американским геоботаником Г.Нихолсом (G.Nichols) в 1917 г. и английским экологом А.Тенсли (A.Tansley) в 1920 г.

Английская геоботаника начала века стояла против преувеличения формальной физиономии сообществ, и при изучении растительного сообщества подчеркивалось три обязательных положения (сравни с положениями Ф.Клементса) - развитие, состав и экология (Трасс, 1976, с. 115). Особо следует подчеркнуть теоретические представления А.Тенсли - одного из крупнейших экологов того периода. Так, А.Тенсли отрицал прямолинейную аналогию Ф.Клементса между сообществом и организмом:   "...из того,  что еди-

308


ницы растительности выгодно рассматривать как органические целостности, нельзя заключить, что сравнение с организмами, которое до известного предела может быть оправдано, оправдывало бы нас при аргументации, которой мы объясняем сущность и развитие единицы растительности исходя из сущности и развития самого организма" (Tansley, 1920, р. 122). При этом в понятие «климакс-формация» А.Тенсли вкладывает несколько иное содержание - на территории с одинаковым климатом может образовываться несколько климакс-формаций, что и составляет сущность гипотезы поликлимакса.

ГИПОТЕЗА КЛИМАКС-МОЗАИКИ Уиттекера (Дедю, 1990) - признание наличия непрерывно варьирующих под воздействием эдафических факторов климаксов в однородной в климатическом отношении территории; климакс в каждой точке признается индивидуальным и трактуется как мозаика видовых популяций, совмещенных условиями среды.

Начав свою научную деятельность с достаточно язвительной полемики с Ф.Клементсом, уже в 1953 г. Р.Уиттекер (Whittaker, 1953, 1970; Уиттекер, 1980) предложил свою гипотезу сукцессионного развития, основанную на представлениях о непрерывности и стохастичности сообществ (в отличие от организменных аналогий Ф.Клементса) и получившую название климакс-мозаики (англ. climax-pattern). Он считал, что между климаксовыми сообществами существуют переходы и количество климаксов в поликлимаксе стремится к бесконечности, т.е. в каждой точке - свой индивидуальный климакс (см. рис. 51).

Моноклимакс               Поликлимакс               Климакс-мозаика

Рис. 51. Схемы, иллюстрирующие гипотезы достижения климакса

ГИПОТЕЗА ПОДВИЖНОГО РАВНОВЕСИЯ Еленкина (Дедю, 1990) -согласно ей на фоне некоторых постоянных колебаний воздействующих факторов сообщество сохраняется как единое целое, в то время как под воздействием непостоянных внешних сил происходит изменение его структуры и "запускается" новый виток сукцессии. Эта гипотеза (базировавшаяся на взглядах Г. Спенсера) была предложена в 1906 г.   А.А.Еленкиным для объяснения сущ-

309


ности симбиоза у лишайников. В дальнейшем, А.А.Еленкин считал, что "...эта теория (подвижного равновесия. - Ремарка наша) объединяет в одно целое и объясняет противоречивые факты, примиряет противоположные теории и дает единое научное миросозерцание, а также позволяет приблизиться к математической формулировке законов, обусловливающих все явления совместной жизни организма в сожи-тельствах в сообществах" (Трасс, 1976, с. 69).

Представления о подвижном равновесии развивал и отечественный бо-танико-географ А.П.Ильинский (1921, 1937). Так, он писал: "Мои наблюдения на лугах Тверской губ. еще в 1912 г. привели меня... к тому, что единственный язык, при описании луговых сообществ, отвечающий сути явления, - язык учения о равновесии" (Ильинский, 1921, с. 152). При этом предлагалась следующая формализация подвижного равновесия:

у = р / q + а * sin x(t)   ,

где у - параметр, характеризующий состояние организма (например, его встречаемость в определенном месте в момент времени t, р - сумма наследственных потенций вида, q - условия данного местообитания, ограничивающие осуществление последних, а - амплитуда колебаний внешних условий (или условий, находящихся в минимуме в соответствии с законом Ли-биха), x(t) - функция времени. Если х = 0, то y = p/q представляет собой "тип" данного местообитания, выраженный через среднюю величину интересующего нас параметра (встречаемости).

Таким образом, в рамках данной гипотезы процесс управления сукцессией и достижения климаксового состояния "отдан" абиотическим компонентам экосистемы (в отличие от рассмотренных выше гипотез, где основным моментом сукцессионного развития признается взаимодействие между биотическими компонентами). По-видимому, в этом и слабость, и сила данной гипотезы, которая подвергалась критике с момента ее появления.

ПРИНЦИП СУКЦЕССИОННОГО ЗАМЕЩЕНИЯ - в процессе сукцессии формируется ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивой в данных условиях климаксовой экосистеме. Еще раз напомним (см. табл. 1), что термин «климакс» был предложен в 1901 г. американскими исследователями Г.Уитфордом (H.Whitford) и Г.Каулесом (H.Cowles). Последний проводил свои исследования, по образному выражению Ю.Одума (1975, с. 333), в "природной лаборатории сукцессии" - на песчаных дюнах оз.Мичиган, что позволило сформулировать главное теоретическое положение: растительные сообщества образуют разные ряды развития - сукцессионные серии, исследование которых и является, по мнению Г.Каулеса, основной задачей экологии.

"Замещение видов в сукцессии вызывается тем, что популяции, стремясь модифицировать окружающую среду, создают условия, благоприятные для других популяций; это продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами" (Одум, 1975, с. 324). В известном смысле, этот принцип является "продолжением" и развитием принципа "плотной упаковки" экологических ниш (см. разд. 5.5, рис. 21). Этот процесс П.Дансеро (Dansereau, 1954) образно назвал relais (фр. - смена почтовых лошадей, эстафета).

310

ЗАКОН СИСТЕМОГЕНЕТИЧЕСКИЙ (Реймерс, 1990) - многие экологические системы в своем сукцессионном развитии повторяют в сокращенной форме эволюционный путь развития всей своей системной структуры (восстановление леса в тайге проходит через фазы: кустарники - лиственные деревья - хвойные деревья-пионеры - основные лесообразователи). Интересно, что это явление описал все тот же Г.Каулес (Cowles, 1901, р. 79): "...растительное сообщество не является продуктом лишь современных условий, в нем содержится и прошедшее". Этот закон (онтогенез повторяет филогенез) по Р.Маргалефу (1992, С. 195) "...является статистическим результатом многократно повторяющихся эволюционных шаблонов".

ЗАКОН СУКЦЕССИОННОГО ЗАМЕДЛЕНИЯ (Реймерс, 1990) - процессы, идущие в зрелых (климаксовых) экосистемах, находящихся в устойчивом состоянии, проявляют тенденцию к замедлению. Подтверждение этого закона см.выше (табл. 32) - отношение Р/В, чистая продукция, скорость круговорота биогенных веществ. "Действительно, в полевых условиях очень трудно выделить устойчивое климаксовое сообщество - обычно удается только заметить, что скорость сукцессии падает до определенного уровня, после которого мы уже не видим никаких изменений... встает вопрос, не является ли климаксовая растительность лишь мечтой теоретика" (Бигон и др., 1989, т. 2, с. 158). И еще одна цитата: "Климакс никогда не бывает абсолютным, так как в фитоценозах происходят регенерационные процессы, на них влияет изменение климата, наконец, возможно видообразование и появление (или занос) в фитоценозе новых видов. По существу климаксовые фитоце-нозы - это фитоценозы, находящиеся в стадии очень медленного изменения" (Наумова, 1995, с. 106). Стабилизация энергетики сукцессии леса показана на рис. 52.

Рис. 52.   Энергетика сукцессии лесной экосистемы   (Kira, Shidei, 1967;

цит. по: Одум, 1975, с. 328):   В - общая биомасса, R - полное дыхание

сообщества,   Pq - валовая продукция,   Pn - чистая продукция

Чисто механической аналогией (и не более того!) можно считать представления Э.Кернера (Кегпег, 1957, 1959) о "горячих системах" (начальные стадии сукцессии с высоким обменом энергией и под воздействием внешней среды) и "холодные системы" (климаксовые сообщества, контролируемые изнутри); в данном контексте нормальная сукцесия - процесс "остывания".

311


ЗАКОНЫ ДАНСЕРО (Дедю, 1990) - законы динамики системы "Природа - Человек":

  1. закон необратимости взаимодействия в системе "Природа - Человек" (часть возобновляемых природных ресурсов при нерациональном использовании может перейти в разряд невозобновляемых);
  2. закон обратной связи взаимодействия в системе "Природа - Человек" (любое изменение в природной среде, вызванное хозяйственной деятельностью человека, "возвращается" к нему и имеет для него нежелательные последствия; в известной степени, в этом проявляется общесистемный принцип контринтуитивного поведения сложных систем Дж.Форрестера (см.разд. 2.5) и четвертый закон-афоризм экологии Б.Коммонера - ничто не дается даром - there is no such thing as a free lunch);
  3. закон обратимости биосферы (биосфера после прекращения воздействия на ее компоненты антропогенных факторов стремится восстановить свое экологическое равновесие; например, заброшенные сельскохозяйственные поля возвращаются в состояние "дикой" природы).

Эти законы были сформулированы американским биогеографом П.Дансеро (P.Dansereau) в 1957 г.

МОДЕЛИ СУКЦЕССИИ (Миркин и др., 1989; Смелянский, 1993) -идеализированные схемы автогенных сукцессии, предложенные Дж.Кон-нелом (J.Connell), Р.Слеитиером (R.SIatyer) в 1977 г. и развитые Д.Боткиным (D.Botkin) в 1981 г.  (обозначаются   C+S-модели):

  1. модель стимуляции - в ходе сукцессии происходит улучшение условий среды (например, зарастание скал - лишайники -» мхи -» травы -» кустарники -» деревья);
  2. модель ингибирования - обратный стимуляции процесс ухудшения условий среды;
  3. модель толерантности - процесс, аналогичный ингибированию, но с компенсацией за счет внедрения в сообщество все более толерантных видов (при восстановлении леса поселение ели возможно только под полог ольхи, т.е.  при некотором ухудшении условий);
  4. модель нейтральности - сукцессия как чисто популяционный процесс (смена видов с разными жизненными циклами и разными типами эколого-ценотических стратегий; разд. 5.2) без заметного воздействия на среду.

Достаточно подробный анализ механизмов сукцессии был осуществлен И.Э.Смелянским (1993),  различившем шесть типов механизмов:

  1. Ф.Клементса   (концепция моноклимакса);
  2. В.Н.Сукачева   (сингенез, эндоэкогенез, гейтогенез и гологенез);
  3. Дж.Коннела и Р.Слейтиера   (C+S-модели;   см. рис. 53);
  4. процесс дифференциации экологических ниш   (разд. 5.5);
  5. С.М.Разумовского   (организмистская смена ассоциаций);
  6. системный подход   (информационный характер сукцессии).

Кроме того, существует большое число математических моделей сук-цессионных изменений экосистем.

312 ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ НАСТУПЛЕНИЯ КАТАКЛИЗМОВ (Бру-силовский, Розенберг, 1979; Розенберг, 1984) - формализация представлений Р.Уиттекера (R.Whittaker) о сукцессии как о вероятностном процессе "взаимодействия" времени генерации доминантов сообщества и времени между нежелательными для экосистемы воздействиями.

По степени устойчивости Р.Уиттекер (1980; Миркин и др., 1989) различал следующие формы климакса:

  1. аклимакс - неустойчивое состояние сообщества, возникающее в случае, когда время генерации доминантов меньше, чем время изменения условий среды, флуктуации сообщества беспрестанны, серийные и климаксовые сообщества неразличимы (пример - сообщества фитопланктона);
  2. циклоклимакс - малоустойчивый вариант климакса, когда цикл генерации доминантов примерно совпадает с колебаниями условий среды, серийные и климаксовые сообщества плохо различимы (например, сообщества однолетников в пустыне);
  3. катаклимакс - малоустойчивый вариант климакса, когда генерация доминантов происходит в период между повторяющимися воздействиями факторов среды, серийные и климаксовые сообщества более или менее различимы (сообщества под воздействием регулярных пожаров, наводнений и пр.);
  4. суперклимакс - устойчивый вариант климакса в экстремальных условиях (тундры, пустыни); бета-разнообразие сообществ минимально, серийные и климаксовые сообщества практически неразличимы;
  5. эуклимакс - классическая, "клементсовая" форма климакса, серийные и климаксовые сообщества хорошо различимы.

Если случайное время генерации доминанта обозначить через X, а случайное время между двумя воздействиями факторов среды - через Y, то условием достижения климаксового состояния будет X < Y. Модель наступления катаклизмов состоит в определении вероятности этого события:

Р = Р(Х < Y) .

УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ПОПУЛЯЦИЙ И СООБЩЕСТВ - специальный раздел математической экологии.

ПОСТУЛАТ "НУЛЕВОГО" МАКСИМУМА Маргалефа (Свирежев, Логофет, 1978; Реймерс, 1990) - экосистема в сукцессионном развитии стремится к образованию наибольшей биомассы при наименьшей биологической продуктивности (практически, нулевой). Этот постулат был сформулирован испанским экологом и гидробиологом Р.Маргалефом (R.Margalef) в 1963 г.

Из этого постулата "вытекает" закон сукцессионного замедления (см. выше;  рис. 49).

ПРАВИЛО ОПТИМИЗАЦИИ Реммерта (Дедю, 1990) - в естественной экосистеме отошение между первичной и вторичной продукцией, как правило, стремится к оптимуму.

314


Вторичная продукция определяется как скорость образования новой биомассы гетеротрофными организмами. Аксиомой является утверждение о зависимости вторичной от первичной продукции (консументы разных уровней получают энергию, потребляя растительное вещество либо прямо, либо опосредовано - поедая друг друга). Действительно, такая положительная корреляция наблюдается для целого ряда экосистем (см. рис. 54). В данном случаев, отношение X / Y (в силу линейности данной зависимости) будет примерно равно 10. Завершая рассмотрение сукцессии, заметим, что этот аспект изучения экосистем очень многогранен и целый ряд специфических типов сукцессии остался за рамками нашего обсуждения {циклические сукцессии - с возвратом к исходному состоянию при цикличности больше 10 лет [гологенез растительности речных пойм; Миркин, 1974], ландшафтные сукцессии [саморазвитие целых ландшафтов на примере формирования островов в водохранилищах Днепра; Зимбалевская, 1998], программированные сукцессии [при создании искусственных экосистем;  Миркин и др., 1989] и др.).

Наконец, приведем слова Р.Маргалефа (1992, с. 161), который как всегда парадоксален: "Климакс оборачивается просто названием утопии, созданной группой экологов. Но это-то и хорошо, поскольку он может служить идеальным пределом или асимптотой, которая может быть, по существу, эталоном действия обратной связи на экосистемном уровне... Можно понять Браун-Бланке, который писал, что, возможно, не существует других областей, кроме изучения сукцессии, где так переплетаются факты и фантазии".

315


5.11. ДИНАМИКА СООБЩЕСТВ (ЭВОЛЮЦИЯ)

Эволюция экосистем (син. филоценогенез; по-видимому, не верно считать филоценогенез синонимом только экологии фитоценозов, как это принято у геоботаников - Сукачев, 1954; Василевич, 1985; Миркин и др., 1989) -это процесс возникновения новых типов экосистем.

В соответствии с двумя основными представлениями о струтуре и функционировании экосистем ("организмизмом" и непрерывностью; см. разд. 5.8) различают две модели эволюции - эволюция экосистем как целостностей (параллельная) и сетчатая модель эволюции (см. рис. 55).

Сторонники дискретного видения экологического мира рассматривают эволюционный процесс как взаимоприспособление (коадаптацию) видов экосистемы: чем дольше существует экосистема, тем более "подогнаны" друг к другу виды. Возникновение новых типов экосистем рассматривается ими как следствие процесса "гибридизации" исходных типов, называемых вкладчиками (Миркин, 1985;  Наумова, 1995).

Рис. 55. Графическое изображение двух направлений в ассоциации видов в процессе эволюции (каждая линия представляет один вид; Уиттекер, 1980, с. 320): слева - параллельная эволюция, три сообщества (С, D и Е) происходят

от исходного, древнего сообщества А;

справа - сетчатая модель эволюции; центры популяций древних видов

распределены вдоль градиента окружающей среды, А и В - древние типы

сообществ;   через эволюционное время виды произвольно изменяют

распределение по градиенту, часть из них эволюционирует параллельно,

некоторые разделяются на два и более вида,   другие погибают,   одни

эволюционируют в направлении выхода из данного древнего сообщества,

иные проникают в новое сообщество из других сообществ; после периода

эволюции "на выходе" различимы три сообщества (С, D и Е), общее число

видов несколько увеличилось,   и их распределение по градиенту

характеризуется как "более непрерывное"; наконец, виды каждой

группы имеют различную эволюционную историю возникновения

ассоциации с другими видами

316


КОНЦЕПЦИЯ СЕТЧАТОЙ ЭВОЛЮЦИИ СООБЩЕСТВ Уиттекера (Уит-текер, 1980; Миркин, 1985) - современное представление об эволюции, как сеткообразном процессе, когда распределения видов вдоль градиента эволюционного времени также независимы и индивидуальны, как и распределения этих видов вдоль экологических или пространственных градиентов. В этом случае коадаптировать (коэволюционировать) могут только виды разных трофических уровней (хозяин-паразит, хищник-жертва). В ходе таким образом представленной эволюции происходит дифференциация экологических ниш и плотная упаковка видов сообщества в эти ниши (см. разд. 5.5).

Закономерности эволюции сообществ можно выразить следующими основными принципами (Уиттекер, 1980, с. 324):

  1. видовое разнообразие увеличивается при добавлении видов, отличающихся от других по нише и местообитанию;
  2. адаптация к окружающей среде проявляется в нескольких признаках структуры и функционирования сообщества (среда, по-видимому, создавала некоторые возможности для этих адаптации, а они были по-разному реализованы отдельными комбинациями видов, которые эволюционировали в разных районах);
  3. сообщества развиваются в направлении формирования разных уровней устойчивости их структуры и функционирования, а виды - в направлении разнообразия типов функции популяции и различной степени стабильности популяции в одном и том же сообществе (эволюция выработала некоторые комбинации видов в климаксовых сообществах, приспособленные к самоподдержанию);
  4. объединения одних видов с другими в основном слабые и изменчивые; эволюция сообщества подобна сетке в том смысле, что в ходе эволюции виды различным образом комбинируются и рекомбинируются в сообществах;
  5. поскольку сообщества как целые не имеют центральной контрольной системы и не наследуют для себя генетической информации (отрицание орга-низменных аналогий), их эволюция является, главным образом, результатом эволюции видов, входящих в их состав;
  6. у природных сообществ в процессе эволюции развился специфический тип организации (под этим Р.Уиттекер понимает способы, с помощью которых сложная функциональная система поддерживается или более-менее гармонично изменяется в процессе роста: "Этот тип организации, возникающий в результате взаимодействия относительно слабо связанных друг с другом компонентов - видов, каждый из которых имеет свою собственную наследственность, - не имеет сходства с какими-либо другими биологическими системами. Аналогия между организмами и сообществами не оправдывается (выделено нами). Сообщества - это живые системы, которые существенно отличаются от организмов, поскольку принципы эволюции сообществ иные и более ограничены по сравнению с законами эволюции организмов"; Уиттекер, 1980, с. 324-325).

Эволюция может быть не только природной (изменения сообществ геологического масштаба времени - десятки тысяч и более лет), но и антропогенной (сотни и даже десятки лет - создание агроэкосистем, синантропизация и урбанизация экосистем; см. рис. 44). Кроме того, Ю.Одум (1975) различает аллогенную эволюцию (под воздействием внешних сил - геологических, климатических изменений и пр.)   и   автогенную эволюцию   (под воздействием

317


внутренних процессов,   обусловленных активностью живых компонентов экосистемы).

Интересную классификацию антропогенной эволюции предлагает Б.М.Миркин (1985, с. 74):

•   целенаправленная эволюция:

О замена естественных сообществ на искусственные (например, создание искусственных травосмесей, которые по устойчивости и продуктивности не уступают или превосходят естественные кормовые угодия);

О интродукция видов и включение их в состав сообществ (классический пример - завоз кроликов в Австралию или сообщества с американской секвойей в Крыму);

О конструирование новых типов искусственных сообществ (например, газон стадиона или рекультивация техногенных отвалов);

•   стихийная эволюция:

О занос видов из других районов ( "Одно из крестоцветных России, Buniasorientalis, натурализовалось в Булонском лесу после вступления казаков в Париж в 1815 году, а злаки Трансильвании заглушаются русским терновником, с тех пор как семена этого растения были перенесены туда в гривах русских лошадей";  Реклю, 1895, с. 56);

О уничтожение видов или снижение их генетического разнообразия за счет уничтожения части форм (примеров этого явления Homosapiensдал более чем достаточно, о чем свидетельствуют многочисленные "Красные книги");

О смещение границ природных зон вследствие хозяйственной деятельности человека (классический пример - сведение лесов в Древней Греции и,  как следствие, опустынивание);

О возникновение новых устойчивых к влиянию человека вторичных типов сообществ (например, развитие бедных видами пастбищных сообществ в результате перевыпаса и сокращения естественных кормовых угодий);

О формирование новых сообществ на антропогенных субстратах вследствие их самозарастания (антропогенная эволюция на техногенных отвалах - возникают сочетания видов, которые отсутствовали в природе в этих зонах).

Нельзя не согласиться с выводом Б.М.Миркина (1985, с. 75): конечном итоге задача человечества на рубеже нового тысячелетия - это сведение стихийной эволюции к минимуму, повсеместный переход к управляемым формам использования и охраны биосферы и, стало быть, к целенаправленной эволюции".

ГИПОТЕЗА ПИЩЕВОЙ КОРРЕЛЯЦИИ Уини-Эдвардса (коэволюции; Реймерс, 1990) - в ходе эволюции, как правило, сохраняются только те популяции, скорость размножения которых скоррелирована с количеством пищевых ресурсов среды их обитания (при этом скорость размножения должна быть ниже максимально возможной). Гипотеза предложена в 1962 г. английским биологом В.Уини-Эдвардсом (V.Wynne-Edwards).

Связь скорости размножения и направляемых на это ресурсов хорошо иллюстрируется на примере развития одуванчика лекарственного (Taraxacumofficinale) из клонов разных биотипов (Solbrig, Simpson, 1974, 1977; Бигон и др., 1989).   Биотип  А -  растения росли на тропинке  (смертность взрослых расте-

318 ний самая неизбирательная), биотип В - старое огороженное пастбище (наиболее сильна конкуренция), биотип Б - промежуточное положение между биотипами А и В. На рис. 56 (цит. по: Бигон и др., 1989, т. 2, с. 30) хорошо видно, что биотип, преобладавший на тропинке (А), направлял на размножение ресурсов больше (вне зависимости от местообитания), т.е. имеет место прямая корреляционная зависимость скорости размножения с количеством ресурсов.

В монографии М.Бигона с соавторами (1989, т. 2, с. 6-30) приведено много примеров как отрицательной, так и положительной корреляции репродуктивных трат от ресурсов среды.

Распре-          у деление 100 биотипов в трех      50 популяциях

Число   соцветий  на 4 jрастении

2

\

А

1

\

Б

А              В

-,                        I

1

1

2

3

Л

L

1

2    3

1     2     3

12     3                       12     3                       12     3

Рис. 56. Развитие одуванчика лекарственного:

вверху - распределение трех биотипов Taraxacumofficinaleпо трем популяциям

(1 - сильная, 2 - средняя, 3 - слабая степень нарушения);

внизу - число соцветий на растении (т.е. направляемые

на размножение ресурсы)

ГИПОТЕЗА КРАСНОЙ КОРОЛЕВЫ (TheRedQueen; примат биотических факторов в эволюции; Абросов, Боголюбов, 1988) - каждое эволюционное прогрессивное изменение любого вида в экосистеме связано с ухудшением окружающей среды для других видов. Поэтому, чтобы выжить, все виды должны эволюционировать вместе, быстро и непрерывно ("бежать", чтобы оставаться на том же месте). Название гипотезы связано со сказкой Льюиса Кэрролла "Алиса в Зазеркалье" (1978, с. 138): "Какая медлительная страна! -сказала Королева. - Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!" Гипотеза Красной Королевы была выдвинута в 1973 г. в работах Л.Ван Валена (L.Van Valen) и М.Розенцвеига (M.Rosenzweig)   и получила свое развитие в целом ряде исследований   (Мау-

319


nard Smith, 1976, 1984; Stenseth, Maynard Smith, 1984; Lewin, 1985; Абросов, Боголюбов, 1988).

Таким образом, "...в рамках гипотезы предполагается, что наиболее важным фактором среды для популяции являются другие популяции, так как все виды связаны тесной сетью взаимоотношений. Поэтому даже при неизменности климата и других физических факторов эволюция идет с постоянной скоростью" (Абросов, Боголюбов, 1988, с. 125).

Гипотеза Красной Королевы предполагает, что "...для каждого вида существует адаптивный пик, к которому вид эволюционирует. Проблема состоит в том, что пик непрерывно отступает, потому что окружающая среда - биотическая окружающая среда - постоянно ухудшается... Модель менее точна относительно ожидаемых перемен условий среды, но скорость эволюционных изменений увеличивается в одном или другом направлении" (Lewin, 1985, р. 399). И еще одна цитата: "...и хотя гипотеза (Красной Королевы - Ремарка наша) во многом спорна, ей нельзя отказать в привлекательности, в блестящем выборе названия, в способности завоевывать сторонников и держать в боевой готовности противников" (Абросов, Боголюбов, 1988, с. 6). Конкретизирует эту гипотезу (по отношениям к бинарным ко-эволюционирующим системам) модель Тома и Джерри (см. ниже).

ГИПОТЕЗА ОБУСЛОВЛЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ СУКЦЕССИЕЙ Марга-лефа - "...если замена одного генотипа на другой приводит к уменьшению Р/В-коэффициента как для указанного вида, так и для всей экосистемы, или к соответствующему изменению любого другого индикаторного показателя, пригодного для всей экосистемы и связанного с принятой нами концепцией сукцессии, тогда замена эта будет, вероятно, успешной, поскольку новый генотип является локально приемлемым. Это кажется смелым утверждением в том смысле, что переносит естественный отбор на экосистемный уровень {курсив наш)... Виды развиваются благодаря естественному отбору, но кто именно будет отобран, определяется контекстом. И контекст этот изменяется в течение любого сукцессионного процесса, но тенденция к увеличению сложности не включена в концепцию естественного отбора в приложении к видам. Однако сложность, замедление круговорота и некоторые другие свойства в процессе сукцессии усиливаются (см. табл. 32. - Ремарка наша) - большая система устанавливает постепенно сдвигающиеся рамки для действия естественного отбора видов..." (Маргалеф, 1992, с. 187).

СТАЦИОНАРНАЯ ГИПОТЕЗА (примат абиотических факторов в эволюции; Абросов, Боголюбов, 1988) - альтернативная гипотезе Красной Королевы, согласно которой при постоянстве факторов среды эволюция остановится, но ее механизм снова "запустится", если изменятся внешние условия.

Сегодня практически нет однозначного ответа на вопрос о том, какая из этих альтернативных гипотез верна. Более того, привлечение палеонтологических данных (планктонные организмы возраста 40 и 22 млн. лет) для проверки этой гипотезы (Hoffman, Kitchell, 1984; Wei, Kennett, 1985; Lewin, 1985) дало свидетельства как в пользу одной, так и другой гипотезы. Это все равно позволило Р.Левину достаточно оптимистично завершить свою статью: "Когда была предложена гипотеза Красной Королевы, это приветствовалось как «главный шаг к интерпретации эволюционных изменений в терминах общих правил и процессов». Дальнейшее развитие этих представлений и связь с некоторым высококачественным палеонтологическими данными обещает в будущем более полное понимание этого явления" (Lewin, 1985, р. 400).

320


ПРИНЦИП     ЭВОЛЮЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ     НЕОБРАТИМОСТИ

(Реймерс, 1990) - экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой в результате сукцессии, не может вернуться к первоначальному своему состоянию, если в ходе изменений произошли эволюционные (микроэволюционные) изменения в ее компонентах. Иными словами, к такой экосистеме надо подходить как к новому природному образованию и не переносить на нее ранее выясненные закономерности.

МОДЕЛЬ ТОМА И ДЖЕРРИ Маргалефа - представления о параллельном коэволюционном развитии системы с сопоставимым уровнем организации хищника и жертвы: "...как хищник, так и жертвы оказываются включенными в эволюционный процесс, ведущий к увеличению размеров всех его участников... Это эскалация экологической войны" (Маргалеф, 1992, с. 139).

МОДЕЛИ ЭВОЛЮЦИИ - специальный раздел математической экологии.  Число моделей эволюции огромно.

ПРАВИЛО «AGEANDAREA» - положение, высказанное еще А. Де Кандолем (A. De Candolle) в 1855 г., обсуждавшееся Ч.Дарвиным (Ch.Darwin), Дж.Виллисом (J.Willis) и совсем недавно ставшее предметом рассмотрения в статьях А.И.Кафанова (1987) и Ю.И.Чернова (1988): чем древнее таксон, тем, как правило, обширнее его ареал. Фактически, в развитие этого правила могут использоваться еще два правила биогеографии - ПРАВИЛО ОТТЕСНЕНИЯ РЕЛИКТОВ А.Уоллеса (A.Wallace) и ПРАВИЛО ТРОПИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ Ф.Дарлингтона (F.Darlington), главным общим моментом которых является "...положение об «оттеснении» архаичных примитивных форм более молодыми продвинутыми"  (Чернов, 1988, с. 1445).

Центр разнообразия бамбуков (Bambusoideae) находится в тропиках Юго-Восточной Азии, где преобладают по числу видов достаточно продвинутые формы, а в субтропических районах и в горах наибольшее разнообразие демонстрируют в основном примитивные (Цвелев, 1976). Та же закономерность, по данным Д.П.Жужикова (1979), просматривается и в распространении видов отряда термитов (Isoptera). Еще более яркую картину дают амфибии, и, в частности, высокую приспособленность к экстремальным условиям севера демонстрирует сибирский углозуб (Hynobiuskeyserlingii) - примитивнейшая форма хвостатых земноводных (Чернов, 1988). Заметим, что действие этих правил накладывается на глобальный градиент тепловых условий и природно-климатическую зональность.

Вопрос о том, какова роль тропических сообществ в процессах фауно- и флорогенеза, рассматривался С.В.Мейеном (1987) в "бинарном аспекте": "тропики-музей" и "тропики-колыбель". На палеонтологическом материале С.В.Мейен дал веские аргументы в пользу второй точки зрения, дав ему образное название «экваториальная помпа»: тропическая биота - законодатель макроэволюции и, как подчеркивает Ю.И.Чернов (1988, с. 1453), это "...вполне можно принять в качестве рабочей гипотезы".

321


АКСИОМА НЕОБРАТИМОСТИ ЭВОЛЮЦИИ Дарвина—Долло (Дедю, 1990) - эволюционные процессы необратимы; популяция не может вернуться к состоянию, уже осуществленному в ряду ее "предков".

Интересный список общих закономерностей для действительно эволюционных процессов в геологическом масштабе времени недавно предложили А.С.Раутиан и В.В.Жерихин (1996, с. 37-43).

  1. Эволюция сообществ организмов складывается из длительных периодов их направленной самоорганизации и кратких (в геологическом масштабе времени) экологических кризисов, сопровождающихся деструкцией прежних сообществ (перемежающееся равновесие).
  2. Применительно к сообществам справедливо важнейшее следствие кибернетического принципа порогового реагирования У.Р.Эшби - дискретность есть выражение устойчивости; экологические сообщества - открытые системы с механизмами поддержания устойчивости, основанными на процессах саморегуляции, и в этих условиях простейший природный регуляторный механизм - принцип "строптивости" Ле Шаталье—Брауна (см. разд. 5.12) -заменяется более усложненным механизмом - принципом эволюции При-гожинаГленсдорфа.
  3. Филоценогенез прерывисто непрерывен ("...прерывистость выражает устойчивость субъекта развития, преодоление пределов которой происходит как пороговая реакция, а градуальность - преемственность сменяющих друг друга состояний в процессе развития"; Раутиан, Жерихин, 1996, с. 38).
  4. В основе всех типов саморегуляции лежит кибернетический принцип отрицательной обратной связи, который пригоден для балансовых соотношений в моделях функционирования экосистем и не подходит для описания эволюции сообществ.
  5. Эволюция сообществ и биосферы в целом начинается тогда, когда мощности отрицательных обратных связей оказывается недостаточно для погашения эффектов внешних воздействий и/или внутренних возмущений.
  6. Явления резонанса всегда являются выражением положительных обратных связей, возникающих в эволюционирующем сообществе [ представляет интерес следствие из этой закономерности: исследователь должен вскрывать не только внешние (отрицательные связи), но и понять внутренние причины (положительные связи) наблюдаемых эффектов потери устойчивости живых систем ].
  7. Резонансные эффекты саморазрушения экологических сообществ ведут в эпохи экологических кризисов к массовому вымиранию организмов (в первую очередь, наиболее специализированных форм, участвующих в выполнении наиболее уникальных функций в глобальных геохимических круговоротах, что, естественно, делает их "замену" крайне сложной или даже невозможной задачей).
  8. Резонансные эффекты, разрушая структуру сообществ в эпоху экологического кризиса, ослабляют биоценотические ограничения филоценогенеза и вызывают смену доминирующих групп организмов [ в соответствии с гипотезой константности (см. разд. 5.12) и с антропоцентрических позиций будет идти процесс синантропизации ].
  9. Темп эволюционной адаптации человека как биологического вида к новым, им же вызванным условиям жизни, не поспевает за темпом перемен в окружающей его природной среде,   что ведет к распаду нашей собственной

322


адаптивной нормы (Шмальгаузен, 1968; Раутиан, 1988) и, как следствие, экспоненциальному росту затрат на реабилитацию окружающей среды и поддержку здоровья населения. 10. Наконец, палеонтологическая реконструкция эволюционных процессов свидетельствует о том, что хотя экологические кризисы и кратки (в геологическом масштабе времени), последующие процессы релаксации продолжительны даже по геологическим меркам.

Естественно, что закономерность № 10 в сочетании с эффектами положительных обратных связей (№ 6-8) явно не устраивают Homosapiens. "Единственно реалистическая стратегия - врастание хозяйственной деятельности человека в исторически сложившуюся биосферу" (Раутиан, Жерихин, 1996, с. 43). Описанию одного из вариантов именно такой стратегии посвящена глава 6 настоящего учебного пособия.

Завершая этот раздел, приведем слова С.С.Шварца (1969, с. 13): "Закономерности, отражающие зависимость между динамикой структуры популяций и преобразованием их генетического состава, мы рассматриваем в качестве важнейшего фактора эволюционного процесса. Изучение этих закономерностей - одна из важнейших задач эволюционной экологии (курсив автора. - Ремарка наша)".

323


 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.