Что может стать причиной необратимого разрушения биоценоза
Дождь из микропластика и невечная мерзлота: главные вызовы экологии в РФ
Станислав Кутузов, кандидат географических наук, заведующий лабораторией Института географии РАН, объяснил, почему повышение среднегодовой температуры даже на 2 °C может быть фатальным.
Наталья Давыдова, кандидат технических наук, директор Института консалтинга экологических проектов, руководитель Российского национального юниорского водного конкурса, член Национального Комитета РФ по Межправительственной гидрологической программе ЮНЕСКО. Наталья рассказала, что может предпринять любой человек, чтобы уменьшить свой экологический след.
Максим Платонов, кандидат химических наук, директор по науке фонда «Без рек как без рук», рассказал, откуда в реках микропластик и можно ли от него избавиться.
Ведущий подкаста — Гоша Рудаков, мультимедийный продюсер РБК Трендов.
Таймлайн беседы
01:27 — Какие экологические проблемы сейчас самые главные
09:26 — Сколько лет осталось до точки невозврата
11:16 — Худший сценарий потепления
15:18 — Почему в России температура растет быстрее
19:36 — Перспективы «зеленой» энергетики
27:12 — Как спасти российские реки
40:26 — Вечная мерзлота тает. Что это значит?
43:49 — Экологическая политика России
50:52 — Что может сделать для экологии каждый
Главные экологические вызовы
Основные экологические проблемы прямо сейчас по мнению экспертов «Что изменилось?»:
Климат на Земле менялся всегда, объясняет Станислав Кутузов. Экосистема планеты устроена так, чтобы сохранять баланс. Но то, что происходит сейчас — беспрецедентно. Так, концентрация углекислого газа более 420 частей на миллион стала рекордной за последние 23 млн лет. Повышение концентрации СО2, таяние ледников, рост уровня Мирового океана и рост температуры воды — все это говорит о человеческом факторе климатических изменений.
Наталья Давыдова считает COVID-19 также экологической проблемой: преодоление коронавирусом межвидового барьера — знак того, что в глобальной экологической системе не все в порядке. А главным вызовом ближайшего десятилетия Максим Платонов называет нехватку питьевой воды — по словам эксперта, эту проблему на себе ощутит более 40% населения Земли. По данным ООН, треть жителей планеты не имеют доступа к безопасной питьевой воде уже сейчас.
Что произойдет, если Земля потеплеет на 2 градуса?
В сентябре 2020 года в Нью-Йорке появилась инсталляция под названием «Климатические часы». Они ведут обратный отсчет до момента, когда изменения климата станут необратимыми. По прогнозу ученых, у мира осталось около семи лет, чтобы снизить концентрацию углекислого газа и предотвратить потепление больше, чем на 2 °C. Станислав Кутузов рассказывает, что на сегодняшний момент потепление составляет около 1 °C, еще на 0,5 °C Земля потеплеет через 10-15 лет. В докладе IPCC говорится, что повышение температуры на 2 °C существенно влияет на смертность, доступность товаров (а значит, и рост цен) и так далее. Тем не менее, по мнению экспертов, полная гибель цивилизации пока не грозит.
В России среднегодовая температура растет более чем в два раза быстрее, чем в среднем по миру, а 2020 год в нашей стране оказался самым теплым за всю историю наблюдений. По словам Кутузова, это отчасти связано с «арктическим усилением» — явлением, когда температура в полярных регионах растет быстрее, чем в более низких широтах. Ледяной покров Северного Ледовитого океана сокращается, и вода начинает поглощать большее количество солнечного тепла, что способствует повышению температуры.
Вслед за ростом температуры воздуха происходит расщепление вечномерзлых грунтов — они занимают от 60 до 65% территории России. Таяние вечной мерзлоты грозит разрушением зданий и инфраструктуры в северных регионах. Станислав объясняет, что технологии строительства выбирались с учетом того, что вечная мерзлота останется вечной — но уже сейчас в ряде районов произошло повышение температуры на 4 °C, и строения в таких городах как Игарка или Воркута начали деформироваться.
От Волги до Енисея: как очистить российские реки
Максим Платонов рассказывает, что содержание частиц микропластика даже в верховьях Волги находятся на высоком уровне, хотя там нет мегаполисов. Микропластик попадает в реки в результате стирки, работы салонов красоты и так далее, а технологии очистки воды не задерживают микропластиковые частицы. Более того, эксперт утверждает, что больше половины всего мусора в воде приносят очистные сооружения. Например, в Воронеже ситуация с микропластиком катастрофическая — 400 частиц на кубометр. Это порядка 40 т в год.
Существуют исследования, которые подтверждают, что микропластик встраивается в биоценоз, изменяет способность растений к поглощению углекислого газа. Ученые выяснили, что рыбы, которые живут в воде с микропластиком, умирают раньше. Мы пока не знаем, как микропластик влияет на организм человека. Кроме того, 4% осадков, которые выпадают по всему миру — микропластик.
Гости объясняют, что нужно разработать нормативное регулирование в области производства и потребления пластика и устраивать образовательные и просветительские программы среди населения. Максим Платонов рассказывает, что снизить количество микропластика в воде можно уже сейчас — просто установив дополнительные ленточные фильтры над системой очистки рек.
Кто должен спасать окружающую среду
«По некоторым данным, природе нужно 3 000 лет, чтобы подземные воды стали такими же чистыми, как до человека. По другим данным, мы пьем от 1/5 до 1/4 части стакана воды, которую до нас уже кто-то выпил», — говорит Наталья Давыдова. Экологические вызовы возникают как перед обществом, так и перед государством. По мнению экспертов, цели устойчивого развития должны быть во главе бизнес-повестки, государственной и социальной повестки. На уровне государства недавно подписали Указ № 666 «О сокращении выбросов парниковых газов». Существует национальный проект «Экология», в рамках которого осуществляются проекты по оздоровлению рек.
Бизнесу становиться «зеленым» даже выгодно — используя наилучшие доступные технологии в производстве, компании платят меньше экологических сборов.
Наконец, конкретный человек, чтобы минимизировать свое воздействие на окружающую среду, может сортировать отходы, ставить счетчики на водопроводные краны, беречь электроэнергию. Летать эконом-классом или вообще отказываться от авиаперелетов на короткие расстояния. Самое главное, по мнению гостей, — это разумное потребление.
Слушайте нас на любой удобной платформе: Apple Podcasts, CastBox, «Яндекс Музыке», Google Podcasts, Spotify и ВК Подкасты. А еще следите за нами в Instagram «Что изменилось?» и Telegram РБК Трендов — там мы подробно обсуждаем то, что не успели проговорить в выпуске, и делимся интересными материалами по теме.
3.3. Каждое действие человека неминуемо отзывается на биоценозе
При такой тесной связи с другими организмами планеты, такой взаимной зависимости между видами в сообществе любое действие человека немедленно вызывает реакцию в его среде обитания.
* Экологически преступной можно назвать любую деятельность, направленную на нарушение устойчивого природного сообщества, уменьшение его биологического разнообразия. Особенно тяжкое преступление – уничтожение вида или группы видов организмов, разрушение уникального природного комплекса, преобразование его в зону непригодную для жизни местных организмов.
Окультуривать свои ландшафты люди начали еще в глубокой древности. Именно тогда первобытные охотники жгли саванну, чтобы добыть мясо, а затем первобытные земледельцы рубили леса, размещая на вырубках свои поля. Затем истощенные поля бросали и вырубали новые территории. Лес отступал, увеличивались территории саванн. Чем далее развивал человек свою цивилизацию, тем больше он преобразовывал ландшафты. Европа еще до средневековья потеряла свои леса, а после средневековья потеряла и вторичные леса. Сейчас там практически почти на всей площади новые леса, насажденные человеком. Можно посчитать, сколько раз за это время менялась флора и фауна на этой огромной территории. Ученые знают десятки потерянных навсегда видов животных и растений, связанных с такими преобразованиями биоценозов. Они, однако, не знают, сколько сотен видов исчезло за это время с территории Европы на самом деле.
Любая вырубка леса обязательно приведет к тому, что подавляющее число видов животных и многие виды растений исчезнут на этой территории. Они составляли лесной биоценоз, с вырубкой леса они потеряли свое местообитание, и биоценоз был разрушен.
Его бы заменил другой и в этом месте мог бы сформироваться степной ландшафт со своим устойчивым сообществом. Человек же вырубал лес не для того, чтобы создать на этой территории степь. Он распахал пространство под пашню. В этом случае даже и степные животные не найдут себе здесь подходящих условий обитания. Вспомним распашку целинных степей и сокращение в этой связи численности многих степных животных дрофы, стрепета, сурка. Живет современный человек в основном в городах, и поэтому города расползаются по планете, занимая все большую территорию. Вспомним, ведь это была не пустая территория. На ней существовали природные сообщества. Рубка лесов, разрушение почвенного покрова, заливание почвенного слоя бетоном и асфальтом, все это преобразует ландшафт, делая его индустриальным. В таком может обитать лишь небольшое число преимущественно синантропных видов позвоночных животных и ограниченная флора и фауна прочих организмов. Здесь уже речь идет, не об изменении биоценозов, а об их прямом уничтожении. Обжитое им пространство человек обычно называет культурным ландшафтом, и совсем недавно он стремился окультурить всю планету. Практически любое окультуривание ландшафта это разрушение существующих в нем биоценозов.
Некоторые виды организмов особенно ценимы людьми и поэтому издавна переносятся ими в новые районы. Так еще в неолите человек распространил свое пищевое животное – виноградную улитку по всей тропической и части субтропической зон земного шара. Древние мореплаватели везли с собой запас живой пищи – коз и при случае расселяли их на островах в океане. Огромное количество островных фаун погублено таким вселением новых видов. На кораблях привозили собак, коз, овец, кошек, кроликов. Сами корабли буквально кишели крысами. Козы, овцы и кролики размножались на островах, не имея хищников, а часто и паразитов, то есть, не имея механизмов регуляторов собственной численности. Они съедали все растения на своем острове, включая и древесные. После чего вселенцы погибали от бескормицы. Крысы, кошки и собаки, попадая на острова и новые континенты, уничтожали многие виды местной фауны и разрушали биоценозы. Вспомним гибнущий животный мир Австралии.
Подрыв своей ресурсной базы погубил не одну видовую популяцию, и только человеческая снова и снова попадает в эту экологическую катастрофу ничему не обучаясь. Людей обычно спасает способность доставить ресурс из другой точки планеты, чего не может сделать больше ни одно животное. Пора задуматься о том, что другой планеты у человека нет.
Даже небрежность людская приводит подчас к чудовищным последствиям для сообществ. В 1869 году в Северную Америку был совершенно случайно завезен непарный шелкопряд. Его молодые гусеницы могут далеко разноситься ветром, поедают они более 300 видов растений. С тех пор в лесах Америки начались вспышки массового размножения этого животного. Случайный занос чужих видов погубил многие сообщества, и даже целые фауны. Завезенные человеком в Австралию плацентарные животные неуклонно разрушают древнюю местную фауну, и наши внуки будут знать о сумчатых, в основном, из книг и фильмов. Кролики и овцы постепенно вытеснят с этого континента местных травоядных, а собаки лисицы и крысы уничтожат всех остальных.
Саморегуляция в экосистемах. Биотические факторы
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
САМОРЕГУЛЯЦИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ
Общее представление о структуре экологической системы было изложено при характеристике уровней организации жизни (тема 1). Напомним, что полноценная экосистема представляет из себя биогеоценоз – неразрывное единство биоценоза и биотопа. Биоценоз – это сложное сообщество из популяций организмов разных видов – животных, растений, грибов, микроорганизмов, населяющих определенный ареал. При этом популяцией обозначают совокупность особей одного вида, обитающих на данном ареале. Биотопом называют всю совокупность факторов неживой среды, ареала, на котором обитает данный биоценоз.
Итак: биоценоз + биотоп = биогеоценоз (экосистема).
Прежде чем рассматривать механизмы саморегуляции в экосистемах, надо дать характеристику экологических факторов, без чего не возможно понять сути внутрисистемных экологических отношений.
Все условия среды, включая живые и неживые объекты, от которых зависит жизнь отдельного организма или популяции, обозначаются понятием экологические факторы. Для конкретных популяций разные факторы могут быть необходимыми, вредными, безразличными (нейтральными). Экологические факторы делят на абиотические и биотические. Кроме того, в особую группу выделяют антропогенные факторы, порожденные производственной деятельностью человека.
Абиотические факторы – факторы неживой природы, в основном климатические. Сюда относятся свет, тепло («температура»), влажность, содержание в почве химических элементов, соленость морской воды, уровень радиации и др.
Биотические факторы – это влияние одних живых организмов на другие. В зависимости от характера отношений различают несколько типов биотических факторов: конкуренцию, хищничество, паразитизм, симбиоз.
1. Конкуренция – за среду обитания, пищу, свет, половых партнеров и другие условия. Конкуренция может быть внутривидовой – между особями одного вида и межвидовой – между особями разных видов животных или растений, обитающих на одном ареале и требующих одинаковых условий жизни. Конкуренция – обязательная форма отношений у рядом проживающих организмов и составляет одну из форм борьбы за существование.
2. Хищничество – это способ добывания пищи и питания животных (редко – растений), при котором они ловят и поедают других животных. Жертва-хищник – одна из самых распространенных связей внутри сообщества. Внутривидовое хищничество известно как канибализм, распространено у хищных насекомых, пауков, рыб. Среди растений известны водная пузырчатка, болотные росянка, жирянка и другие, питающиеся насекомыми. Жертва захватывается быстрым смыканием листьев или лепестков, переваривается выделяемыми наружу ферментами и кислотами, и потом простые органические вещества всасываются клетками эпидермиса растения. Так пополняется недостаток азота в тканях растения.
Любой экологический фактор имеет меру интенсивности: тепловой фактор выражают температурой среды и измеряют в градусах Цельсия или Кельвина; освещенность измеряют в люксах или количестве световых часов в сутках, световых дней в году; интенсивность инвазии паразитами выражают в количестве паразитов на одну зараженную особь и т. д.
Для каждого организма, популяции существуют пределы выносливости того или иного экологического фактора – от минимальной до максимальной интенсивности, в пределах которых организмы сохраняют жизнеспособность. Более узкую зону, в которой условия среды наиболее благоприятны, составляет оптимум экологического фактора. В зависимости от природы фактора кривая степени его благоприятности имеет разный вид (рис. 23). Для таких факторов, как радиация или наличие паразитов зона оптимума начинается от нуля (то есть лучше, когда их нет совсем). Для влажности воздуха, освещенности, температуры и т. п. степень благоприятности фактора описывается кривой нормального распределения (колоколообразная кривая), отставленной от абсолютного нулевого значения. То есть влага, свет, тепло необходимы организмам в определенном диапазоне интенсивностей.
Рис. 23
Выяснив природу экологических факторов и характер их воздействия на организмы, можно перейти к рассмотрению сути вопроса – об экологической саморегуляции.
Находясь под действием самых разнообразных экологических факторов, хорошо сбалансированный по составу биоценоз тем не менее саморегулируется и поддерживает внутреннее постоянство – гомеостаз. Состояние гомеостаза выражается в том, что организмы нормально размножаются, поэтому:
Рассмотрим подробнее эти закономерности.
Элементарная саморегуляция осуществляется на уровне отдельных популяций конкретных видов животных, растений, грибов, бактерий. Численность популяции зависит от противодействия двух начал: репродуктивного потенциала популяции и сопротивления среды, между которыми устанавливаются прямая и обратная связи (рис. 24). Поясним это конкретным примером. Когда европейцы завезли в Австралию кроликов, последние, не встретив хищников, быстро расселялись по богатым растительностью территориям и их численность быстро возрастала. Этому способствовал высокий репродуктивный потенциал (плодовитость) кроликов. Но вскоре пищи стало не хватать, возник голод, распространились болезни – численность кроликов пошла на убыль. Сработал фактор сопротивления среды, который и выступил в качестве обратной отрицательной связи. Пока популяция кроликов пребывала в угнетенном состоянии, среда (растительность) восстановилась и процесс пошел на новую волну. Через несколько циклов амплитуда колебаний численности кроликов сократилась, и установилась некоторая средняя плотность популяции. Этот показатель обозначают в экологии как поддерживающая емкость среды.
Рис. 24
На самом деле в биоценозе все сложнее, так как он состоит из нескольких взаимодействующих сообществ (зооценозы, фитоценозы, микробоценозы), а сообщества включают разные популяции конкретных видов. Все это взаимодействует на основе многочисленных прямых и обратных связей. Прежде всего важны трофические (пищевые) связи, которые можно определить и как энергетические, поскольку с пищей между организмами переносится энергия. По положению в пищевых отношениях все организмы делятся на три большие группы: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты – первичные производители органических веществ (прежде всего глюкозы и аминокислот) из неорганических веществ неживой природы: Н2О, СО2, NН3. Это автотрофные организмы – растения и некоторые (хемосинтетические) бактерии, использующие энергию солнечного света и хемоэнергию для первичного синтеза глюкозы (см. сегмент 13). Таким образом, внешняя энергия фиксируется для собственных потребностей продуцентов и для дальнейшего использования животными. Значительная часть энергии выводится из оборота, так как сохраняется в ископаемых остатках растительного происхождения: каменном угле (минерализованная древесина), янтарях (застывшие растительные смолы).
Консументы – потребители первичной продукции. Это животные организмы – гетеротрофы, в свою очередь выстроенные в пищевой ряд: травоядные (многие группы моллюсков, насекомых, рыб, птиц, копытные млекопитающие, грызуны), всеядные (есть в большинстве групп) и плотоядные – хищники (также имеются в разных группах беспозвоночных и позвоночных животных). Консументы поэтапно изменяют первичное органическое вещество и извлекают из него энергию. Часть этой энергии тратится на собственную жизнедеятельность, часть в виде тепла уходит во внешнюю среду, и третья часть сохраняется в мертвых остатках. Энергия, заключенная в минерализованных остатках (донные меловые отложения раковин фораминифер, моллюсков и других животных), фактически пропадает для дальнейшего использования, а энергия мягких тканей передается на следующий уровень.
Таким образом, все организмы связаны переносом вещества и энергии, через них и через внешнюю среду совершается глобальный круговорот материи на Земле. Основным донором энергии для поддержания этого круговорота выступает Солнце – его световая энергия обеспечивает фотосинтез глюкозы у растений. Пути передачи вещества и энергии через пищевые отношения организмов обозначаются как цепи питания, или пищевые цепи. Эти цепи имеют одностороннюю направленность: от автотрофной биомассы продуцентов – в основном зеленых растений – к гетеротрофным консументам и далее к редуцентам. Значительная часть вещества возвращается в круговорот, но энергия, полученная от солнца, для живых организмов безвозвратно теряется, она либо аккумулируется в новых минералах почвы и донных осадков (каменные угли, мел и другие ископаемые), либо накапливается в виде тепла в оболочках Земли (разогрев атмосферы), либо рассеивается в Космос. Примеры пищевых цепей приведены на рис. 25 и 26.
Рис. 25
Рис. 26
Цепи питания имеют разную сложность, число звеньев в каждом из трех уровней может быть различным. Допустим, вариант короткой цепи: растения – заяц – волк – черви, бактерии. Длинная цепь: растения – травоядные насекомые (саранча, лесной клоп и др.) – хищные насекомые (жужелица, личинка стрекозы, водяной клоп и др.) – насекомоядные птицы (ласточки, мухоловки и др.) – хищные птицы (орел, коршун и др.) – черви, бактерии. Морская цепь: фитопланктон – мелкие ракообразные, черви – рыбы, питающиеся рачками и червями – хищные рыбы – хищные птицы … В любой цепи возможны многочисленные ответвления и запасные пути. Если какой-то член выпадает, поток вещества идет по другим каналам. Допустим, выпадение личинок стрекоз компенсируется водными клопами – те и другие водные хищники. Если исчезает основной вид пищевой растительности, травоядные животные переходят на второстепенные корма. Если пропадают бабочки, ласточки ловят мух. От травоядных насекомых цепь может пойти вообще по другому пути: лягушка- цапля – лиса и т. д. Особенно большую путаницу в пищевые цепи вносят всеядные животные и, конечно, человек, так как они «встраиваются» в цепи в самых разных звеньях. Так что на самом деле существуют не цепи, а пищевые сети – каждый трофический уровень образован многими видами. Такое положение стабилизирует потоки вещества и энергии через живые сообщества, увеличивает устойчивость биоценозов. Тем не менее общее направление трофического потока неизменное – продуценты – консументы нескольких порядков – редуценты.
Важно учитывать, что каждый трофический уровень передает на другой уровень энергию, заключенную в макромолекулах организмов. Причем эта энергия составляет только часть полученной от предыдущего уровня энергии, так как основная ее доля тратится на жизнедеятельность организмов данного уровня (биосинтезы, движение, транспорт ионов и др.), а так же теряется в виде тепла или построенных минералов. Эти же пропорции можно выразить и через понятие биомассы. Выстраивается так называемая экологическая пирамида – при переходе с низших трофических уровней на более высокие количество внутренней (свободной, заключенной в организмах) энергии и общая биомасса организмов уменьшаются. Подсчитано, что с уровня на уровень переходит около 10 % энергии, а от растительной массы до хищников и от них к редуцентам доходит всего 0,01 % энергии, полученной растениями от солнца. Наглядный пример пищевой пирамиды, построенной по численности обитателей на 1 гектаре земли приведен ниже:
350 тысяч хищных насекомых
700 тысяч растительноядных насекомых
9 миллионов растений.
Пищевая пирамида экосистемы, как отражение ее структуры, сохраняет саморегуляцию и устойчивое развитие. Характерная пропорция разных обитателей биоценоза устанавливается сама по себе, в результате процессов саморегуляции и отражает в целом поддерживающую емкость среды. Приведенные цифры являются средними, но реально во всех популяциях происходит колебание численности особей, причем колебания на низшем уровне неизменно ведут к таким же колебаниям на следующем уровне, а в целом система поддерживает равновесное состояние.
Рис. 27
На рис. 27 приведен пример саморегулирующегося биоценоза из 4 трофических уровней. Проследим, как проявляются прямые и обратные связи в динамике численности организмов разных трофических уровней. В зависимости от колебаний погодно-климатических условий (солнечная активность, количество осадков и др.) год от года варьирует урожай кормовых растений – продуцентов. Вслед за ростом зеленой биомассы увеличивается численность травоядных животных – консументов первого порядка (прямая положительная связь), но уже на следующий год это отрицательно скажется на урожае растений, так как большинство из них не успеет дать семян, поскольку будет съедено (обратная отрицательная связь). В свою очередь увеличение числа травоядных создаст условия для хорошего питания и размножения хищников – консументов второго порядка, их численность начнет возрастать (прямая положительная связь). Но следом пойдет на убыль численность травоядных (обратная отрицательная связь). К этому времени в почве успеет разложиться до минеральных веществ травяной опад от первой волны урожая и экскременты травоядных животных и, в меньшей степени, хищников, что создаст благоприятные условия для роста растений. Начнется вторая волна урожая, и цикл повторится. Год от года численность особей разных трофических уровней будет варьировать, но в среднем на протяжении многих лет биоценоз будет сохранять устойчивое состояние. Это и есть гомеостаз.
Как отмечено в начале, биоценоз должен не просто саморегулироваться (судя по приведенной схеме, это не так уж и сложно), но он должен иметь устойчивость к изменениям внешних (абиотических, погодно-климатических) факторов, так сказать – запас прочности на случай неблагоприятных условий среды. Поддержанию высокой устойчивости биоценоза будет способствовать ряд условий:
Таким образом, устойчивость экосистемы, ее саморегуляция, или гомеостаз, проявляется в ее самовоспроизведении, саморегуляции численности и устойчивости к экстремальным факторам среды.
Но устойчивость экосистемы относительна, не беспредельна. Она нарушается в основном в двух случаях:
При этом происходит смена экосистем, их переход в новое качество, что означает новый цикл развития в направлении повышения устойчивости. Идет восстановление биоценоза, но уже с новыми сообществами организмов, с новыми прямыми и обратными связями. Этот процесс смены экосистемы и ее развития к новому состоянию устойчивости происходит поэтапно и очень медленно и обозначается понятием сукцессия (от латинского successio – преемственность, наследование). Особо подчеркнем, что сукцессия представляет уже не саморегуляцию, а ее противоположность – самоорганизацию, развитие, так как при перестройке системы преобладают обратные положительные связи, вместо обратных отрицательных, и изменяются ее количественные и качественные характеристики.
Различают первичную и вторичную сукцессии.
Первичная сукцессия – самоорганизация экосистемы на свободном первичном субстрате: скальная порода, образовавшаяся в ходе геологических разломов земной коры; дно высохшего водоема, например, Аральского или Каспийского морей; пустыня, образовавшаяся после отступления ледника; пустой карьер после выработки полезных ископаемых и т. д. Ниже приведена типичная динамика первичной сукцессии.
Это конец развития – сформирована новая устойчивая саморегулирующаяся экосистема, с новым экологическим гомеостазом. Такое законченное, сбалансированное сообщество животных, растений, грибов, микроорганизмов называется климаксным сообществом. Однако конечный состав экосистемы зависит от географической широты, климата. Устойчивой может стать и тундра, саванна, даже пустыня – каждая со своим набором приспособленных к этим условиям организмов. На формирование первичной сукцессии обычно уходит несколько тысяч лет.
Вторичная сукцессия – процесс восстановления экосистемы после повреждений, причиненных внешним воздействием: после бури, пожара, вырубки леса, выпаса скота и т. п. Вторичные сукцессии обычно бывают неполные, упрощенные, обедненные видовым составом сообществ. Роль вторичных сукцессий возрастает с увеличение человеческого населения Земли, особенно с развитием городов, промышленного производства и интенсивного земледелия. Влияние человека на состояние экосистем стало сегодня решающим. Вторичные сукцессии развиваются в течение нескольких лет или десятилетий.
Таким образом, несмотря на саморегуляцию в экологических системах, природа закономерно и необратимо изменяется. Это естественный биогеохимический процесс, идущий независимо от воли и деятельности человека. Когда он протекает без резких отклонений, говорят об устойчивом развитии экосистем и в целом биосферы Земли. В этом определении отражено единство противоположностей: устойчивость, гомеостаз, с одной стороны, и развитие, необратимое изменение – с другой. Нарушение устойчивого развития означает наступление экологического кризиса, чреватого таким изменением биосферы, которое станет несовместимо с жизнью человечества. Основной причиной необратимых изменений биосферы в XX столетии стала хозяйственная деятельность человека. Задача науки экологии – понять движущие силы устойчивого развития, спрогнозировать экологический кризис, а задача общества – воспринять новое экологическое мышление и принять своевременные меры к недопущению кризисных состояний.
Саморегуляция и поддержание устойчивого состояния – гомеостаз – обязательное свойство живых систем, не зависимо от уровня их сложности. Регулируется и поддерживается относительное постоянство физико-химических параметров клетки. Сохраняется в пределах физиологической нормы состояние тканей и органов многоклеточного организма. Воспроизводится состав живых сообществ в биоценозах. В основе поддержания гомеостаза лежит универсальный принцип обратной отрицательной связи.
В то же время живые системы направленно и необратимо изменяются, самоорганизуются, что составляет сущность их развития. Клетки дифференцируются, работают и умирают. Организмы растут, размножаются, стареют и умирают. Биоценозы подвергаются сукцессиям и так же необратимо изменяются с изменением климата на Земле. Направленное изменение биосистемы по сути противоположно гомеостазу, оно происходит на основе обратных положительных связей.