2) Видове різноманіття
На кожному рівні біологічного різноманіття - видовому, генетичному та різноманітності угруповань, фахівці вивчають механізми, які змінюють або зберігають різноманітність. Видове різноманіття включає весь набір видів, що мешкають на Землі. Існує два основних визначення поняття виду.
Перше: вид являє собою сукупність особин, яка з тих чи інших морфологічним, фізіологічним або біохімічним характеристиками відрізняється від інших груп. Це морфологічне визначення виду. Зараз для розрізнення видів, які зовні практично ідентичні (наприклад, бактерії), все частіше використовують розходження в послідовності ДНК і інші молекулярні маркери.
Друге визначення виду - це сукупність особин, між якими відбувається вільне схрещування, але при цьому відсутнє схрещування з особинами інших груп (біологічне визначення виду).
3) Різноманітність спільнот і екосистем
Біологічне співтовариство визначається як сукупність особин різних видів, що мешкають на певній території і взаємодіючих між собою.
Приклади спільнот - хвойні ліси, прерії, вологі тропічні ліси, коралові рифи, пустелі. Біологічне угруповання в сукупності із середовищем свого проживання називається екосистемою. У наземних екосистемах вода випаровується біологічними об'єктами з поверхні Землі і з водних поверхонь, щоб знову пролитися в вигляді дощу або снігу і поповнити наземні і водні середовища. Фотосинтезуючі організми поглинають енергію світла, яка використовується рослинами для їх росту. Ця енергія поглинається поїдають фотосинтезуючі організми тваринами або вивільняється у вигляді тепла як у процесі життєдіяльності організмів, так і після їх відмирання і розкладання.
Російський геоботаник Л.Г. Раменський в 1910 р. сформулював принцип екологічної індивідуальності видів - принцип, який є ключем до розуміння ролі біорізноманіття в біосфері.
Ми бачимо, що в кожній екосистемі одночасно спільно мешкають багато видів, але який в цьому екологічний зміст, замислюємося рідко. Екологічна індивідуальність видів рослин, спільно існуючих в одному рослинному співтоваристві в одній екосистемі, дозволяє спільноті швидко перебудовуватися при зміні зовнішніх умов.
Наприклад, в посушливе літо в даній екосистемі головну роль у забезпеченні біологічного кругообігу грають особини виду «А», які більш пристосовані до життя при дефіциті вологи. У вологий рік особини виду «А» виявляються не в оптимумі і не можуть забезпечити біологічний кругообіг в умовах, що змінилися. У цей рік головну роль у забезпеченні біологічного кругообігу в даній екосистемі починають грати особини виду «Б». Третій рік виявився більш прохолодним, в цих умовах ні вид «А», ні вид «Б» не можуть забезпечити повне використання екологічного потенціалу даної екосистеми. Але екосистема швидко розбудовується, так як в ній є особини виду «В», які не потребують теплої погоди і добре фотосинтезують при пониженій температурі.
2. Значення біорізноманіття для екосистем
Різноманітність біотичного покриву, або біорізноманітність, - це один із факторів оптимального функціонування екосистем і біосфери в цілому. Біорізноманіття забезпечує стійкість екосистем до зовнішніх стресових впливів і підтримує в них рухливу рівновагу.
Живе від неживого в першу чергу відрізняється більшим ступенем різноманітності та здатності не тільки зберігати цю різноманітність, але і істотно збільшувати її в ході еволюції.
Взагалі еволюцію життя на Землі можна розглядати як процес структурування біосфери, процес збільшення різноманітності живих організмів, форм і рівнів їх організації, процес виникнення механізмів, що забезпечують стійкість живих систем та екосистем в постійно мінливих умовах нашої планети. Саме здатність екосистем підтримувати рівновагу, використовуючи для цього спадкову інформацію живих організмів, і робить біосферу в цілому та локальні екосистеми речовинно-енергетичними системами в повному розумінні.
Якщо в якості прикладу ми розглянемо реальні екосистемі Приморського краю, то побачимо, що у хвойно-широколистяних лісах, наприклад, на ділянці в 100 м2 виростають особини 5-6 видів дерев, 5-7 видів чагарників, 2-3 видів ліан, 20-30 видів трав'янистих рослин, 10-12 видів мохів і 15-20 видів лишайників. Всі ці види екологічно індивідуальні, і в різні сезони року, в різні за погодними умовами роки фотосинтетична активність їх сильно змінюється. Ці види наче доповнюють один одного, роблячи співтовариство рослин в цілому екологічно більш оптимальним.
За числом видів схожої життєвої форми, що володіють подібними вимогами до зовнішнього середовища, що сумісно існують в одній локальній екосистемі, можна судити про те, наскільки стабільні умови в цій екосистемі.
У стабільних умовах таких видів, як правило, буде менше, ніж в умовах не стабільних. Якщо погодні умови протягом ряду років не змінюються, то потреба у великій кількості видів відпадає. У цьому випадку зберігається вид, який в цих стабільних умовах найоптимальніший з усіх можливих видів даної флори. Всі інші поступово елімінують, не витримавши з ним конкуренції.
У природі ми знаходимо масу факторів або механізмів, що забезпечують і підтримують високу видову різноманітність локальних екосистем. В першу чергу, до таких факторів слід віднести надмірне розмноження і перевиробництво насіння і плодів. У природі насіння і плодів проводиться в сотні і тисячі разів більше, ніж це необхідно, щоб заповнити природне зменшення у зв'язку з передчасною загибеллю і вмиранням від старості.
Завдяки пристосуванням до поширення плодів і насіння на великі відстані, зачатки нових рослин потрапляють не тільки на ті ділянки, які сприятливі для їх проростання зараз, але і на такі, умови яких несприятливі для росту і розвитку особин даних видів. Тим не менш, це насіння також проростають, якийсь час існують в пригніченому стані і гинуть. Так відбувається до тих пір, поки екологічні умови стабільні. Але якщо умови змінюються, то перш приречені на загибель проростки невластивих цій екосистемі видів починають тут рости і розвиватися, проходячи повний цикл свого онтогенетичного (індивідуального) розвитку. В природі існує потужний тиск різноманітності життя на всі локальні екосистеми.
Загальний генофонд рослинного покриву ландшафтного району - його флора - локальними екосистемами цього району використовується найбільш повно саме завдяки тиску біорізноманіття. При цьому локальні екосистеми у видовому відношенні стають більш багатими. При їх формуванні та перебудовах екологічний підбір відповідних компонентів здійснюється з більшої кількості претендентів, діазачатки яких потрапили в дане місцеіснування.
Таким чином, імовірність формування екологічно оптимального рослинного співтовариства збільшується.
Отже, фактором стійкості локальної екосистеми є не тільки різноманітність видів, що мешкають в цій локальній екосистемі, але і різноманітність видів у сусідніх екосистемах, з яких можливий занос діазачатків (насіння і спор).
Вищезазначене відноситься не тільки до рослин, що ведуть прикріплений спосіб життя, але ще більшою мірою до тварин, що можуть переміщатися з однієї локальної екосистеми в іншу. Багато особини тварин, не належачи конкретно до жодної з локальних екосистем (біогеоценозів), тим не менш грають важливу екологічну роль і беруть участь у забезпеченні біологічного кругообігу відразу в декількох екосистемах. Більш того, вони можуть в одній локальній екосистемі відчужувати біомасу, а в іншій викидати екскременти, стимулюючи ріст і розвиток рослин у цій другій локальної екосистемі. Часом такий перенос речовини та енергії з одних екосистем в інші може бути надзвичайно потужним. Цей потік пов'язує між собою зовсім різні екосистеми.
Так, наприклад, прохідні риби, накопичуючи свою біомасу в морі, йдуть на нерест у верхів'я річок і струмків, де після нересту гинуть і стають їжею для великої кількості видів тварин (ведмеді, вовки, багато видів куницевих, багато видів птахів, не кажучи про безхребетних). Ці тварини годуються рибою і викидають свої екскременти в наземних екосистемах. Таким чином, речовина з моря мігрує на сушу у глиб материка і тут асимілюється рослинами і включається в нові ланцюги біологічного кругообігу.
Припиніть можливість заходу в річки Далекого Сходу на нерест лососевих риб, і через 5-10 років ви побачите, як сильно зміниться чисельність більшості видів тварин. Зміниться чисельність видів тварин, і, як наслідок, почнуться перебудови в рослинному покриві. Зниження чисельності хижих видів тварин призведе до збільшення поголів'я травоїдних тварин. Швидко підірвавши свою кормову базу, травоїдні тварини почнуть гинути, серед них поширяться епізоотії. Скоротиться чисельність рослиноїдних тварин, і не буде кому поширювати насіння одних видів і поїдати біомасу інших видів рослин. Отже, розпочнеться серія перебудов у всіх ланках екологічних систем, віддалених від моря на сотні і навіть тисячі кілометрів.
На жаль, екологи поки не можуть змоделювати поведінку реальних екосистем в умовах зміни певних екологічних факторів. І справа тут не тільки в надзвичайній складності екологічних систем і відсутності достатньої інформації про їхній склад. В екології відсутня теорія, яка дозволяла б проводити таке моделювання. У зв'язку з цим, при потужному впливі на екосистеми потрібна велика обережність і дотримання правила: «Перш ніж впливати на екосистему і виводити її з стану рівноваги, сім разів відміряй» і ...не відрізав - відмовся від цього впливу.
Двадцяте століття переконало нас у тому, що охороняти природні екосистеми, підтримуючи їх у врівноваженому стані, куди розумніше, ніж переробляти ці екосистеми, намагаючись їх оптимізувати.
Слід сказати, що для підтримки рівноваги в локальних екосистемах та для їх біогеохімічної оптимізації важливо не таксономічне розмаїтість саме по собі за принципом «чим більше видів, тим краще», а різноманітність функціональна, або різноманітність екобіоморф. Мірою функціонального розмаїття екосистеми є число екобіоморф і синузій рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів. Мірою таксономічного різноманіття є число видів, родів, родин та інших вищих таксонів.
Наприклад на луку видів, родів та сімейств рослин може мешкати в 2-3 рази більше, ніж в темнохвойних лісі. Однак у перерахунку на екобіоморфи і синузії виявиться, що біорізноманітність темнохвойного лісу як екосистеми значно вище, ніж біорізноманіття луку як екосистеми. На луці ми маємо 2-3 класи екобіоморф, а в темнохвойних лісі 8-10 класів.
На луці видів багато, але всі вони відносяться або до класу екобіоморф багаторічні мезофітні літньозелені трави, або до класу однорічні трави, або до класу зелені мохи. У лісі ж різними класами екобіоморф є: темнохвойні дерева, листопадні дерева, листопадні чагарники, листопадні чагарники, багаторічні мезофітні літньозелені трави, зелені мохи, епігейні лишайники, епіфітні лишайники.
Біорізноманіття організмів у біосфері не вичерпується різноманітністю таксонів і різноманітністю екобіоморф живих організмів. Наприклад, ми можемо потрапити в район, який цілком зайнятий однієї локальної елементарної екосистемою - верховим болотом, або сирим вільховим лісом в гирлі великої ріки. В іншому районі на такий же за площею території ми зустрінемо не менше 10-15 типів локальних елементарних екосистем. Екосистеми хвойно-широколистяні ліси на дні долин річок закономірно змінюються тут екосистемами кедрово-дубових разнотарвно-чагарникових лісів на південних пологих схилах гір, Листяно-дубових різнотравних лісів на північних пологих схилах гір, смереково-ялицевих лісів у верхній частині північних крутих схилів гір і екосистемами степових луків і картинної рослинності на крутих південних схилах гір. Неважко зрозуміти, що таке внутрішньоландшафтне різноманітніття екосистем визначається не тільки різноманітністю видів, що їх складають і екобіоморф, але й різноманітністю екологічного фону ландшафту, пов'язаного в першу чергу з різноманітністю форм рельєфу, різноманітністю грантів і підстилаючих їх гірських порід.