Сложности определения экологии, связь экологии с естественным, техническими и гуманитарными науками.
«Размытость» термина экология.
Под экологией понимается:
• направление академических знаний,
• состояние окружающей среды (экология города),
• степень загрязнения (экологически чистый — экологически грязный),
• природоохранные мероприятия (борьба за экологию)
• бытовая оценка загрязнения окружающей среды (плохая экология) и т.д.
Экосистемы – объект изучения экологии
• экосистемы — основные природные единицы поверхности планеты c постоянно поддерживающимся круговоротом веществ между организмами и окружающей их средой (А.Тенсли, 1935 г.)
Термин «экология» (от греческого oikos — дом, обитель, место обитания и logos — значение, учение) ввел в науку выдающийся немецкий зоолог Эрист Геккель (1866). Он дал ряд определений экологии. В его трактовки экология — «это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношение живого с органическими и неорганическими компонентами среды».
В настоящее время спектр научных исследований в экологии необыкновенно широк. В систему естественных наук, помимо основных наук : физики, химии и биологии включается также и множество других- география, геология, астрономия, и даже науки, стоящие на границе между естественными и гуманитарными науками — например, психология.
Целью психологов является изучение поведения человека и животных. С одной стороны психология опирается на научные достижения поведения биологов, работающих в отрасли физиологии высшей нервной деятельности и наблюдающих за деятельностью мозга. С другой стороны, эта наука занимается и социальными, т.е. общественными явлениями, привлекая знания из области социологии. Экономистам не обойтись без знания географии и математики, философам — без основ натурфилософии , рестовраторы старинных картин прибегают к помощи современной химии и т.д.
Истоки сложного мира, которые нас окружают, заключаются в гармоничном устройстве его Природы, постоянно вступают во взаимоотношения с ней.
Современная экология — это не совокупность наук о Природе, это единая система, компоненты которой (естественные науки) являются настолько тесно взаимосвязанными, что вытекают друг из друга, т.е. представляют подлинное единство.
Отличием естественных наук от специальных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, «выискивая» наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривает Природу как бы сверху.
Самостоятельные науки, занимающиеся изучением тех или иных сторон природы, отдельных групп явлений, возникли не так давно. Природа едина. Это человек, исследователь выбирает способы ее описания. Понятно, что разделение естествознания на самостоятельные науки связано с выделением предметных специфических областей. При этом наши представления о природе; могут сложиться только при объединении результатов, полученных этими науками. И мы должны понимать, что наука порождена материальной и духовной культурой, является ее неотъемлемой частью и непосредственно связана с экономическим развитием общества (зависит от него в ближней и определяет в дальней перспективе).
Выделение и объединение самостоятельных наук идет разными путями. Например, может быть сформулирован предметный подход, соответствующий последовательной связи объектов природы, их развитию и переходу одних в другие.
Природа как единый многогранный объект познания
Науку о Природе, т. е. естествознание, традиционно подразделяют на такие более или менее самостоятельные разделы, как физика, химия, биология и психология.
Физика имеет дело не только со всевозможными материальными телами, но с материей вообще
Химия со всевозможными видами, так называемой субстанциональной материи, т. е. с различными субстанциями, или веществами.
Биология со всевозможными живыми организмами. А психология со всевозможными разумными существами.
При формировании общих натурфилософских представлений о Природе она первоначально и воспринималась как нечто принципиально целостное, единое или, во всяком случае как-то связанное воедино. Но по мере необходимой детализации конкретных знаний о Природе они оформлялись в как бы самостоятельные разделы естествознания, прежде всего основные, а именно такие, как физика, химия, биология и психология.
Кроме того, возникли и разнообразные частные специфические разделы естествознания (наряду с издавна возникшей астрономией). Однако эту аналитическую стадию исследований Природы, связанную с детализацией естествознания и с его расчленением на отдельные части, в конце концов, должна была сменить или дополнить, как это и произошло на самом деле, противоположная по своему характеру стадия их синтеза. За видимой дифференцией естествознания или наряду с ней обязательно следует его существенная интеграция, действительное обобщение, принципиальное углубление.
В настоящее время, вообще говоря, нет ни одной области собственноестественно-научных исследований, которые относились бы исключительно к физике, химии или биологии в чистом изолированном состоянии.
Биология опирается на химию и вместе с ней или непосредственно, как сама химия, на физику. Они пронизаны общими для них законами Природы.
Наряду с физикой, химией и биологией или, вернее, кроме этих трех действительно основных наук, к собственно естественным наукам относятся и другие, уже более частного характера, например геология и география, которые с самого своего рождения являются интегративными, комплексными.
Геологию называют наукой об истории развития Земли, потому что она изучает состав и строение нашей планеты в их эволюции на протяжении миллиардов лет. Она выявляет физические и химические закономерности образования осадочных и изверженных горных пород, а также устанавливает влияние физико — географических условий на зарождение и развитие органической жизни на планете.
Ее основные разделы минералогия, петрография, вулканология, тектоника и т. п. это непосредственные производные от кристаллографии, кристаллофизики, геофизики, геохимии и биогеохимии. И география также насквозь пропитана физическими, химическими и биологическими знаниями, которые в разной степени проявляются в таких ее основных разделах, как физическая география, география почв (по существу это химическая география), зоогеография и т.д.
Таким образом, все исследование Природы сегодня можно наглядно представить в виде огромной сети, состоящей из ветвей и узлов, связывающих многочисленные ответвления физических, химических и биологических наук.
Так, спрашивается, что это такое: сумма, множество как-то скоординированных наук или на самом деле уже одна единая наука естествознание?
Все познается в сравнении, в сопоставлении одного с другим, в их взаимосвязи. В конечном счете, само наше индивидуальное субъективное сознание возникает и существует не изолированно от всего остального, а как органичная часть общего объективного знания, представляя собой буквально СОЗНАНИЕ.
Характерные черты уникальной всеобъемлющей самообусловленной Вселенной должны проявляться, и проявляются! в каждой ее части. Но особенно четко тогда, когда мы имеем дело не с какими-то непосредственно данными более или менее произвольными случайными земными объектами (весьма разнообразными), а со вполне детерминированными так называемыми фундаментальными структурными элементами материи на всех возможных последовательных основных уровнях ее естественной самоорганизации, начиная с исходного физического уровня.

Концепция и определение ноосферы.

Ноосфеера (греч. νόος — разум и σφαῖρα — шар) — сфера разума; сфера взаимодействия  общества  и  природы, в границах которой  разумная  человеческая деятельность  становится определяющим фактором  развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биосфера», «биотехносфера»).
Ноосфера — предположительно новая, высшая стадия эволюции  биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы. Согласно В. И. Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила, есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного».
«Ноосфера» понятие было предложено профессором математики  Сорбонны Эдуардом Леруа (1870—1954), который трактовал её как «мыслящую» оболочку, формирующуюся человеческим сознанием. Э. Леруа подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом — крупнейшим геологом и палеонтологом-эволюционистом и католическим философом Пьером Тейяром де Шарденом. При этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые в 1922/1923 годах читал в Сорбонне Владимир Иванович Вернадский (1863—1945).
Наиболее полное воплощение теория Леруа нашла в разработке Тейяра де Шардена, который разделял не только идею абиогенеза (оживления материи), но и идею, что конечным пунктом развития ноосферы будет слияние с Богом. Развитие ноосферного учения связано в первую очередь с именем Вернадского.
В основе теории ноосферы Леруа лежат представления Плотина (205—270) об эманации Единого (непознаваемой Первосущности, отождествляемой с Благом) в Ум и мировую Душу, с последующей трансформацией последних снова в Единое. Согласно Плотину, сначала Единое выделяет из себя мировой Ум (нус), заключающий в себе мир идей, затем Ум производит из себя мировую Душу, которая дробится на отдельные души и творит чувственный мир. Материя возникает как низшая ступень эманации. Достигнув определенной ступени развития, существа чувственного мира начинают осознавать собственную неполноту и стремиться к приобщению, а затем и слиянию с Единым.
Эволюционная модель Леруа и Тейяра де Шардена повторяет основные положения неоплатонизма. Разумеется, возникновение Вселенной, появление и развитие жизни на Земле описывается в терминах современной науки, но принципиальная схема концепции соответствует принципам неоплатоников. Человек у Плотинастремится выйти за пределы Души в сферу Разума, чтобы затем, через экстаз, приобщиться к Единому. Согласно Тейяру де Шардену, человек также стремится перейти в сферу разума и раствориться в Боге.
Идеи Плотина были восприняты Леруа в бергсонианском духе. Влияние Анри Бергсона (1859—1941) на создание теории ноосферы заключалось главным образом в выдвинутом им положении о творческой эволюции («L’évolution créatrice», 1907). Подлинная и первоначальная реальность, по Бергсону, — жизнь как метафизически-космический процесс, творческая эволюция; структура её — длительность, постигаемая только посредствоминтуиции, различные аспекты длительности — материя,  сознание, память, дух. Универсум живёт, растёт в процессе творческого сознания и свободно развивается в соответствии с внутренне присущим ему стремлением к жизни — «жизненным порывом» (l’élan vital).
Влияние Бергсона прослеживается и у Тейяра де Шардена. В частности, в «Феномене человека» он несколько раз обращается к бергсоновским категориям порыва (l’élan) и длительности (durée).
Термин антропосфера в 1902 году ввел в научный оборот Д. Н. Анучин.
Глобальный характер взаимоотношений человека со средой его обитания привел к появлению понятия ноосферы, введенного ЛеРуа, а затем к концепции ноосферы, развитой Тейяром де Шарденом. Ноосфера, по Тейяру де Шардену, – это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты и сольется с природой в идеальной точке Омега, подобно тому, как раньше образовывались такие целостности, как молекулы, клетки и организмы. «Мы беспрерывно прослеживали последовательные стадии одного и того же великого процесса. Под геохимическими, геотектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно узнать один и тот же глубинный процесс – тот, который, материализовавшись в первых клетках, продолжается в созидании нервных систем. Геогенез, сказали мы, переходит в биогенез, который, в конечном счете, нечто иное, как психогенез… Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он сменяется и поглощается более высокой функцией – вначале зарождением, затем последующим развитием духа – ноогенезом».
Свою интерпретацию концепции ноосферы дал на основе учения о биосфере В.И. Вернадский. Как живое вещество (это стало ясно, в частности, благодаря фундаментальным трудам Вернадского) преображает косную материю, являющуюся основой его развития, так человек неизбежно обладает обратным влиянием на природу, породившую его. Как живое вещество и косная материя, объединенные цепью прямых и обратных связей, образуют единую систему – биосферу, так человечество и природная среда образуют единую систему – ноосферу.
Развивая концепцию ноосферы вслед за Тейяром де Шарденом, Вернадский рассмотрел то, как на основе единства предшествующей стадии взаимодействия живой и косной материи на следующей стадии взаимодействия природы и человека может быть достигнута гармония. Ноосфера, по Вернадскому, «такого рода состояние биосферы, в котором должны проявляться разум и направляемая им работа человека, как новая небывалая на планете геологическая, сила» (Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Кн. 2. Научная мысль как планетарное явление. М., 1977. С. 67).
Вернадский развил концепцию ноосферы как растущего глобального осознания усиливающегося вторжения человека в естественные биогеохимические циклы, ведущего, в свою очередь, ко все более взвешенному и целенаправленному контролю человека над глобальной системой.
К сожалению, Вернадский не закончил работу по развитию данной идеи. В концепции ноосферы представлен в полной мере один аспект современного этапа взаимодействия человека и природы – глобальный характер единства человека с природной средой. В период создания этой концепции противоречивость данного взаимодействия не проявилась с такой силой, как сейчас. В последние десятилетия в дополнение к глобальному характеру взаимоотношений человека и природной среды обнаружилась противоречивость этого взаимодействия, чреватая кризисными экологическими состояниями. Стало ясно, что единство человека и природы противоречиво хотя бы в том плане, что изза увеличивающегося обилия взаимосвязей между ними растет экологический риск как плата человечества за преобразование природной среды.
За время своего существования человек сильно изменил биосферу. По мнению Н.Ф. Реймерса, «люди искусственно и нескомпенсированно снизили количество живого вещества Земли, видимо, не менее чем на 30 % и забирают в год не менее 20 % продукции всей биосферы». Такие цифры недвусмысленно свидетельствуют о том, что антропогенное изменение биосферы зашло слишком далеко. Биосфера превращается в техносферу, причем направленность антропогенного воздействия прямо противоположна направленности эволюции биосферы. Можно сказать, что с появлением человека начинается нисходящая ветвь эволюции биосферы – снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы. Антропогенные воздействия разрушают естественные системы природы. Как полагает Реймерс, «вслед за прямым уничтожением видов следует ожидать самодеструкции живого. Фактически этот процесс и идет в виде массового размножения отдельных организмов, разрушающих сложившиеся экосистемы». Таким образом, пока еще нельзя ответить на вопрос, создаст ли в будущем человек сферу разума или своей неразумной деятельностью погубит и себя, и все живое.
С выходом человека в космос область взаимодействия человека с природной средой перестала ограничиваться сферой Земли, и ныне данное взаимодействие пролегает по маршрутам космических кораблей. Понятие «ноосистема», возможно, было бы в наше время более точным, чем понятие ноосфера, поскольку последняя после выхода людей в космос уже не соответствует пространственной конфигурации воздействия человека на природу. Понятие ноосистема предпочтительнее и в плане научного анализа экологической проблемы, так как оно ориентирует на применение развиваемого во второй половине XX в. системного подхода к изучению объективной реальности.
Имеется еще одно важное соображение, неучтенное в концепции ноосферы. Человек взаимодействует со средой его обитания не только разумно, но и чувственно, поскольку он сам существо не только разумное, а разумночувственное, в котором разумный и чувственный компоненты сложным образом переплетены. Конечно, чувственное не следует отрывать от разумного и чувства могут быть, как осознаны, так и нет. Тем не менее, проведение здесь определенных различий вполне уместно и предохраняет от односторонних трактовок. Ноосферу не обязательно следует понимать как некий экологический идеал, поскольку не всегда с экологической точки зрения хорошо то, что преимущественно рационально, а само понятие разумного исторически изменчиво. Так, все современные технологические схемы, конечно же, по-своему разумны и рациональны в традиционном смысле слова, но часто дают отрицательный экологический эффект. В то же время такое чувство, как любовь к природе, не всегда может быть рационально интерпретировано и, тем не менее, способно весьма положительно повлиять на общую экологическую обстановку.
Однако концепция ноосферы сохраняет ценность, поскольку представляет единство человека и природы в виде процесса – ноогенеза, ведущего к становлению единой системы «человек – природная среда». Ноогенез – один из аспектов процесса становления родовой сущности человека, и его нельзя остановить, не отказываясь от актуализации и совершенствования, потенциальных возможностей, заложенных в человеке как виде. Стремление к осуществлению своих целей в природе останется, по-видимому, главенствующим в определении человеком перспектив его взаимоотношений с природой с того момента, как он перешел от защиты своей видовой специфики к превращению ее в важный фактор формирования природной закономерности.
В целом, концепция ноосферы напоминает натурфилософские построения и сциентистские утопии. Становление ноосферы – возможность, но не необходимость. Ценность этой концепции в том, что она дает конструктивную модель вероятного будущего, а ее ограниченность в том, что она рассматривает человека, прежде всего, как разумное существо, тогда как индивиды и тем более общество в целом редко ведут себя по-настоящему разумно. Пока человечество движется отнюдь не к ноосфере, и последняя остается одной из гипотез.
Биосфера и космос.
Всестороннее изучение природы показывает, что живые организмы и среда их обитания сосуществуют в постоянном взаимодействии. В этой совокупности взаимосвязей живая природа представляет собой специфическую сферу действительности, целостную систему, похожую на единый живой организм, который родился вместе с Землей и постоянно вместе с ней эволюционирует. Планетарные масштабы этой системы и одновременно ее схожесть с живым организмом позволяют рассматривать ее как особый уровень организации живой материи, получившей название биосферы.
В системе современного естествознания понятие биосферы занимает ключевое место и поэтому разработка учения о биосфере имеет длительную историю. Начало ее изучению положил Ж.Б. Ла-марк, который в своей книге «Гидрогеология» одним из первых обосновал идею о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем учению о живой природе был посвящен многотомный труд А. Гумбольдта «Космос», в котором он ввел понятие жизненной среды, понимая под ним оболочку Земли, куда входят атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир.
Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом в 1875 г. Он подразумевал под биосферой самостоятельную сферу, пересекающуюся с другими земными сферами, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Таким образом, первоначально понятием «биосфера» обозначалась совокупность только живых организмов. Связь живой и неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась только зависимость живых организмов от химических, физических, геологических и других факторов, однако обратное воздействие оставалось вне поля зрения ученых.
В.И. Вернадский о живом веществе и биосфере
Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира как единого нераздельного целого высказал русский ученый В.И. Вернадский. Целью, которую поставил перед собой ученый, стало изучение влияния живых организмов на окружающую среду. Этим вопросом, в отличие от изучения воздействия среды на живые организмы, до того не занимался никто. Разумеется, заметить такое воздействие со стороны отдельного организма практически невозможно. Оно становится заметным только при рассмотрении большого числа живых существ.
Поэтому Вернадский ввел понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, включая человека.
В своих представлениях о живом веществе он исходил из того, что в процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно и таким образом живое и неживое находится в постоянном взаимодействии. Несмотря на то что живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, оно, тем не менее, является ее определяющим компонентом. Живые организмы — та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества и источниках энергии для этого.
Взаимодействие живого вещества планеты с окружающей средой рождает биосферу — область распространения жизни на Земле.
Таким образом, биосфера — это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда.
Она представляет собой единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется неизменной. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью живых организмов, в том числе и человека. Своими границами она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера является одним из основных структурных компонентов нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.
Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20—22 км над земной поверхностью (до озонового экрана), а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8—11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2—3 км. В атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 м. Вынос микроорганизмов на высоты более 15 км возможен конвенционными потоками воздуха. За верхнюю границу биосферы условно принимается озоновый слой, выше которого мощный поток ультрафиолетового излучения, вероятно, убивает все живое. Нижняя граница распространения живых организмов в литосфере определяется температурой. По современным представлениям, живые организмы могут существовать при температуре не более 100°С. Таким образом, по сравнению с другими геосферами биосфера представляет собой тончайшую пленку. Правда, она покрывает всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни, включая пустыни и ледяные просторы Арктики и Антарктики.
Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество локализовано в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. Глубже в земную кору, океан, выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Это дало основания Вернадскому говорить о сгущениях и разрежениях жизни.
Особенностью биосферы является то, что между биосферой и окружающими ее земными оболочками нет резкой границы. И, прежде всего, нет той границы в атмосфере, которая сделала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Живое вещество поглощает и перерабатывает эту энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов. Для некоторых бактерий эта скорость ограничивается лишь скоростью деления цепочки клеток и приближается к скорости звука. Это означает, что при благоприятных условиях данный вид может заселить Землю практически мгновенно. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Для бактерий — это 1,25 суток, для инфузории туфельки — 67,3 суток, для крысы и домашней свиньи — по 8 лет, для цветковых растений — 11 лет, для водорослей — 379 лет, для слона — 1000 лет.
Биогеохимическая энергия используется для осуществления геохимических функций живого вещества. Это энергетическая, концентрационная, деструктивная, транспортная и средообразую-щая функции, основанные на том, что живые организмы своими дыханием, питанием, метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиознейшее планетное явление — миграцию химических элементов в биосфере. Биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:
стремится к максимальному проявлению, что приводит к возникновению «всюдности» жизни;
способствует выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов, что в ходе эволюции жизни приводило к появлению все более сложных и развитых организмов.
Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли — ее атмосферы, гидросферы и литосферы.
Структура биосферы
По своему составу, строению и организованности биосфера — это сложная оболочка, которая включает в себя:
живое вещество — совокупность живых организмов планеты, включая человека;
биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, уголь, нефть, известняки и т.д.);
косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему относятся атмосфера, гидросфера и литосфера;
биокосное вещество — результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почва, озерная вода);
вещество космического происхождения.
Общую массу живых организмов оценивают в 2,43 • 1012 т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 92,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03 • 1012 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, хотя их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов — беспозвоночные и только 4% — позвоночные, из которых только десятая часть приходится на млекопитающих. Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.
Масса живого вещества составляет всего 0,01—0,02% от косного вещества биосферы; если его равномерно распределить по поверхности Земли, оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной. Но при этом именно живое вещество играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря энергетической функции. Ведь живые организмы способны черпать из окружающей среды вещества и энергию, необходимую им для обмена веществ и осуществления всех других своих функций.
Космос
Космическое пространство (космос) — относительно пустые участки Вселенной, которые лежат вне границ атмосфер небесных тел. Вопреки распространенным представлениям, космос не является абсолютно пустым пространством — в нем существует очень низкая плотность некоторых частиц (преимущественно водорода), а также электромагнитное излучение и межзвездное вещество.
Четкой границы не существует, атмосфера разрежается постепенно по мере удаления от земной поверхности, и до сих пор нет единого мнения, что считать фактором начала космоса. Если бы температура была постоянной, то давление бы изменялось по экспоненциальному закону от 100 кПа на уровне моря до нуля. Международная авиационная федерация в качестве рабочей границы между атмосферой и космосом установила высоту в 100 км (линия Кармана), потому что на этой высоте для создания подъемной аэродинамической силы необходимо, чтобы летательный аппарат двигался с первой космической скоростью, из-за чего теряется смысл авиаполета.
Астрономы из США и Канады измерили границу влияния атмосферных ветров и начала воздействия космических частиц. Она оказалась на высоте 118 километров, хотя сами NASA считают границей космоса 122 км. На такой высоте шаттлы переключались с обычного маневрирования с использованием только ракетных двигателей на аэродинамическое с «опорой» на атмосферу.
 Биосфера и космос
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Пространственное расположение Земли в основном определяет климат на планете, а последний, в свою очередь, — жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Основным источником энергии для всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете является Солнце. Среди космических факторов особенно серьезное влияние на биосферу оказывают природно-радиационный фон и магнитные поля.
Природно-радиационный фон слагается из трех компонентов:
природные радионуклиды (уран, торий);
продукты их радиоактивного распада, которые находятся во всех элементах земной коры, почве, воде, атмосфере и поглощаются всеми живыми организмами;
высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде потока фонового излучения.
Вопреки нашим страхам перед радиоактивностью, которые усилились после аварии на Чернобыльской АЭС, оказывается, что без природно-радиационного фона нормальное существование живых организмов невозможно. Это следы эпохи возникновения и первоначального существования жизни, когда более высокий уровень радиоактивности служил первым организмам дополнительным источником энергии.
Биосфера также погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.
Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все пространство в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое оказывает постоянное воздействие на все явления на Земле.
Еще В.И. Вернадский писал о том, что Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена вся биосфера. Более того, сама биосфера является проявлением его излучений. В ней происходит превращение солнечной энергии в новые формы земной свободной энергии (биогеохимическую энергию живого вещества биосферы), которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты. Таким образом, земная жизнь не является чем-то случайным. Напротив, она входит в космопланетарный механизм биосферы.
Более подробно солнечно-земные связи рассмотрел последователь Вернадского, основатель гелиобиологии А.Л. Чижевский. Он отмечал, что все самые разнообразные и разнохарактерные явления на Земле — и химические превращения земной коры, и динамика самой планеты и составляющих ее частей (атмосферы, гидросферы и литосферы) — протекают под непосредственным воздействием Солнца. Оно является основным (наряду с космическими излучениями и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источником энергии, причиной всего на Земле — от легкого ветерка и произрастания растений до смерчей и ураганов и умственной деятельности человека.
Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII в. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между урожаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX в. профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности. Но лишь в XX в. удалось понять, что солнечная активность связана с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. Установил этот факт Чижевский, который обобщил опыт предшественников и подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле, и когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны (это характерно для периодов активного Солнца), на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы — возбудители различных болезней. Подобное заключение было сделано после изучения наложения друг на друга графиков солнечной активности и активности биосферы.
Зональность и продуктивность наземных экосистем, биомы, их виды.
Размещение по земной поверхности основных наземных экосистем определяют два абиотических фактора – температура и количество осадков. Климат в разных районах земного шара неодинаков, и поэтому существует климатическая зональность в размещении (распределении) экосистем.
Выделяют три группы экосистем: 1) наземные; 2) пресноводные; 3) морские.
Наземные экосистемы включают в себя девять видов: 1) тундра – арктическая и альпийская; 2) бореальные леса хвойные – тайга; 3) листопадный лес умеренной зоны – широколиственные леса; 4) степь умеренной зоны; 5) чапараль – районы с дождливой зимой и. засушливым летом; 6) тропические злаковники (грасленд) и саванна; 7) пустыня – травянистая и кустарниковая; 8) полувечнозеленый сезонный (листопадный) тропический лес – районы с выраженными влажным и сухим сезонами; 9) вечнозеленый тропический дождевой лес.
Тундры находятся в, Северном полушарии к северу от хвойных лесов. Климат очень холодный с полярным днем и полярной ночью, среднегодовая температура -5 °С. Из растительности здесь господствуют медленно растущие лишайники, мхи, злаки и осоки, стелющиеся или карликовые кустарники (брусника, черника, карликовая береза). Животный мир: крупные травоядные копытные (северный олень, мускусный бык), хищники – песец, рысь, горностай, полярная сова, мелкие млекопитающие (лемминги), Летом в тундре гнездятся перелетные птицы, в том числе водоплавающие. Заболоченные участки и болота бывают низинные (имеют, как правило, питание подземными водами) и верховые (питаются атмосферными осадками). Верховые болота могут встречаться в любом понижении (углублении рельефа) или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Здесь распространены болотные растения (ряска, аир болотный, тростник, осока). Болотные почвы и торфяники содержат много углерода. Их сельскохозяйственная обработка приводит в выделению в атмосферу большого количества углекислого газа. Животный мир болот очень беден, представлен птицами – выпь, цапля, кулик и др.; земноводными – лягушки; насекомыми – комары.
Тайга (бореальные хвойные леса) – северные районы Европы, Азии и Северной Америки. Климат: долгая и холодная зима, много осадков выпадает в виде снега. Растительность: преобладают вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, лиственница, сосна) с мощной лесной подстилкой, Животный мир: крупные травоядные копытные (лось, северный олень), мелкие растительноядные, млекопитающие (заяц-беляк, белка, грызуны), волк, рысь, лисица и другие хищники, многочисленные кровососущие насекомые в теплый период времени года. Почвы подзолистые и дерново-подзолистые – маломощные и бедные.
Стабильная экосистема характеризуется равновесным состоянием взаимосвязей между живыми организмами и окружающей физической средой.
Всеобщий гомеостаз такой системы позволяет ей противостоять внешнему воздействию в довольно широком диапазоне толерантности по отношению, например, к климатическим факторам, тогда говорят об экосистеме климатического климакса.
Климатический климакс является результатом длительной сукцессионной серии экосистемы в данных климатических условиях.
Но, как известно, для Земли характерна климатическая зональность, а отсюда и зональность наземных экосистем, климаксная стадия которых будет определяться конкретными климатическими факторами соответствующей зоны.
Известно, что кроме горизонтальной зональности (рис. 1.) климата в масштабе всего земного шара, наблюдается еще и вертикальная или высотная зональность в горных системах.
У подножия горных систем климат соответствует данной общегеографической зональности, при движении вверх в горы пояса будут меняться, как при движении с юга на север.
«Югом» будет являться климат подножия горной системы (Рис. 1).

Рис. 1. Схема, показывающая соответствие между последовательными вертикальными и горизонтальными растительными зонами:
1 ¾ тропическая зона ¾ тропических лесов; 2 ¾ умеренная зона ¾ зона лиственных и хвойных лесов; 3 ¾ альпийская зона; 4 ¾ зона травянистой растительности, мхов и лишайников; 4 ¾ полярная зона ¾ зона снегов и льдов

Тундры характеризуются суровыми условиями для произрастания: вегетационный период всего 2-2,5 месяца, осадков мало ¾ 200-300 мм, сильные ветры и даже летом ночью температура падает ниже 0 °С, плюс к этому ¾ вечная мерзлота на глубине в несколько десятков сантиметров летом, а зимой ¾ оттаивающий летом слой промерзает полностью.
Но длительный фотопериод и низкая испаряемость значительно снижают лимитирующее действие влажности и света.
В тундре отсутствуют деревья и преобладают мхи и лишайники. Кустарники многолетние зимнезеленые для более полного использования светлой части года принимают подушкообразную и стелющуюся формы (кассиопея, брусника, вероника и др.) и такие же формы ¾ карликовые растения с опадающими листьями (черника, карликовая береза и т. п.).
Продуктивность наземных экосистем тундры значительно ниже ряда других систем, но вместе с океаном они способны прокормить перелетных птиц, насекомых, северных оленей, овцебыков, медведей, волков, песцов и др.
Выше границы леса, в высоких горах есть небольшие тундровые зоны, которые являются экологически сходными районами с вышеописанной тундрой.
На границе между тундрой и хвойными лесами лежит лесотундра.
Это переходная зона (экотон). Но здесь уже произрастают березы, ели, лиственницы и увеличивается количество семенных кормов, а отсюда и разнообразие птиц, мелких грызунов и других возрастает.
Бореальные хвойные леса распространены в северной части умеренной климатической зоны.
Это леса северной части умеренного пояса северного полушария с суровыми зимними температурами ¾ тайга (см. рис. 2, а). Таежные сообщества представлены темнохвойными породами деревьев ¾ ель, пихта, сибирская кедровая сосна (сибирский кедр), и светлохвойными ¾ лиственница и сосна (преимущественно на песчаных и супесчаных почвах).
Строение сообществ темнохвойных лесов довольно простое: два — три древесных яруса, ярусы моховой, травяной или травяно-кустарниковый. Затенение значительно, лесная подстилка разлагается медленно.
Рис.2.

а

б
Рис. 2. Наземные экосистемы:
а ¾ бореальные хвойные леса (тайга) ¾ ельник; б ¾ ковыльная степь. Государственный природный заповедник «Ростовский». (В. А. Миноранский, О.Н. Демина. Особо охраняемые территории Ростовской области, Ростов на Дону: Изд-во ООО «Цввр», 2002)
Темнохвойные леса отличаются особой микросредой, ¾ нет ветра, температура выше, чем на открытом месте, много снега зимой, что помогает выживать животному поколению в суровую зиму.
Самые крупные животные в тайге: из хищников ¾ медведь, волк; из травоядных ¾ лось.
Большое значение в хвойных лесах имеет семенной фонд и хвоя: семенами питаются птицы, белки, бурундуки и другие мелкие грызуны, а хвоей ¾ насекомые.
Хвойные леса ¾ самые крупные в мире поставщики лесоматериалов.
Они весьма продуктивны, несмотря на низкую температуру в течение полугода, так как сплошной зеленый покров, содержащий хлорофил, сохраняется круглый год.
Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса), расположенные южнее тайги, в отличие от нее не имеют сплошного распространения.
Произрастают они в условиях более мягкого климата, с осадками от 700 до 1500 мм/г, с умеренными температурами и четко выраженными сезонами.
В основном в листопадных лесах среди древесной флоры доминируют бук и дуб.
Благодаря опаду листьев формируется мощная лесная подстилка, позволяющая перезимовать многим беспозвоночным животным.
Ярусная структура широколиственных лесов намного сложнее, чем у хвойных: до трех ярусов деревьев (дубравы), двух ярусов кустарников и двух — трех ярусов трав.
Раскидистая крона, высокая дуплистость деревьев и хорошо выраженная ярусность широколиственных лесов позволяют птицам занимать свои экологические ниши на различных уровнях.
Среди насекомых много вредителей, наносящих большой вред лесам.
Крупные животные в листопадных лесах, в принципе, те же, что и в тайге: лоси, медведи, рыси, лисицы, волки и др., но намного разнообразнее и богаче орнитофауна.
Листопадные леса ¾ это те районы суши, где человеческая цивилизация получила наибольшее развитие.
Поэтому трудно сейчас найти широколиственные нетронутые леса.
Большая их часть заменена культурными сообществами.
Биомасса широколиственных лесов близка к биомассе южной тайги.
Степи умеренной зоны¾ открытые пространства между лесами и пустынями с количеством осадков от 250 до 750 мм/г, между которыми есть еще переходная зона (экотон) ¾ лесостепь. Они занимают обширные пространства в Евразии, в Северной Америке (прерии), на юге Южной Америки (пампасы), в Австралии, Новой Зеландии (туссоки).
Растительность в степях преимущественно ксерофильного облика (рис. 2, б).
Преобладают дерновинные злаки (дерновины образуются вследствие скученности стеблей).
Много в степи эфемеров, после отмирания наземных частей, которых остаются клубни, луковицы, подземные корневища.
И, наконец, для степей характерны кустарники, которые поедаются животными.
Среди животных в степях распространен парный и реже колониальный образ жизни.
Здесь много парных животных (суслики, сурки, полевки и др.).
Животные, которые живут не в парах, образуют стада.
Главную роль в биоценозе степей играют копытные ¾ сайгаки, ранее дикая лошадь ¾ тарпан.
При умеренном выпасе животные копытами разбивают скопление мертвой листвы на поверхности почвы, что способствует дальнейшему росту трав.
При перевыпасе происходит деградация степной растительности и возникает, в конечном итоге, так называемый «толок», когда практически исчезают все многолетние травы, а следом за толоком ¾ опустынивание степей ¾ растительность сменяется малосъедобными полынями и другими, еще более ксерофильными формами.
Почвы степей достаточно резко отличаются от лесных почв и, прежде всего, высоким содержанием гумуса ¾ в пять — десять раз выше.
Злаки, по сравнению с деревьями, живут недолго, и в почву попадает большое количество органики, в результате разложения которой накапливается гумус, так как гумификация идет быстро в сухом климате, а минерализация очень медленно.
Так возникают самые плодородные почвы ¾ черноземы.
На них вырастает наиболее высокая чистая первичная продукция, или урожай, культурных злаков ¾ пшеницы, кукурузы и т. д.
В луговых степях России биомасса ¾ 2500 ц/га, в сухих степях ¾ 1000 ц/га.
Продуктивность ксерофильных сообществ 100-200 ц/га, при возрастании аридности ¾ 50-100 ц/га (Воронов, 1988).
Большая часть степей в настоящее время занята под посевы зерновых культур, культурными пастбищами или древесной растительностью, сохраненной или культивированной человеком.
Пустыни травянистые и кустарниковые ¾ наибольшие площади занимают в Азии, Африке, Австралии, Северной и Южной Америке, встречаются они и в Европе (чаще в виде экотона ¾ полупустыни).
Главный критерий пустыни ¾ выпадение осадков менее 200-250 мм/г, а испарение с открытой водной поверхности более 1000 мм/г.
Почвы пустынь ¾ сероземы и светло-бурые.
Пустыни обычно подразделяются по породам, на которых они сформировались: глинистые, солончаковые, песчаные, каменистые.
Растения в пустынях представлены весьма ксерофильными травами и полукустарниками, суккулентами, а также множеством эфемеров, которые используют для прорастания только влажные периоды.
Растительность разрежена, из-за чего травоядные животные существуют небольшими группами, парами и в одиночку.
Стада образуют только животные, способные быстро находить новые участки с кормами (антилопы, некоторые птицы).
Животные пустыни по-разному адаптированы к нехватке воды: обладают особыми покровами, выделяют сухие экскременты и т. д.
Они могут образовывать и сохранять метаболическую воду.
Верблюды же приспособлены к повышенной температуре тела, к высокой степени дегидратации тканей, смертельной для других животных.
Земледелие в пустынях невозможно без орошения.
При орошении с сохранением структуры почвы и при благоприятном содержании питательных веществ, с ее изобилием солнечного света пустыня может стать весьма продуктивной.
По размерам фитомассы пустыни разнообразны. Чапарраль¾ это территории с мягким, умеренным климатом, где обильные зимние дожди сменяются засушливым летом. Количество осадков здесь 500-700 мм, но они выпадают в период теплой зимы.
Сообщества чапарраля состоят из деревьев (лавр, вечнозеленые дубы) и кустарников с желтыми толстыми вечнозелеными листьями.
Они широко распространены в Средиземноморье, вдоль южного берега Австралии, в Калифорнии и Мексике.
В Австралии в лесах доминируют эвкалиптовые деревья и кустарники.
Деревья широко интродуцируются в других местах этих биомов ¾ в Калифорнии (США), в Колхидской низменности (Грузия).
Тропические степи и саванны¾ это обычно древесно-кустарниковый тип растительности.
Они расположены в теплых областях ¾ в центральной и восточной Африке, в южной Америке и Австралии, с осадками от 900 до 1500 мм/г, но с одним, иногда двумя сухими сезонами по два — шесть месяцев.
Температура здесь достаточно высокая круглый год и сезонность определяется только распределением осадков ¾ сезоны влажные (дождливые) и сухие (засушливые).
Это создает своеобразные условия для существования фауны и флоры.
Деревья имеют часто толстую кору с мощным слоем пробки: баобабы, акации, пальмы, древовидные молочаи (экологические эквиваленты кактусов) и др.
Травы представлены высокими труднопроходимыми для человека густыми злаками.
В период засухи надземная часть злаков высыхает, листья деревьев опадают.
Цветут деревья в конце сухого сезона, а с началом дождей распускается листва.
Саванна, в особенности африканская, не имеет себе равных по разнообразию и численности популяций копытных ¾ антилопы, зебры, жирафы и др.
На них охотятся такие хищники, как львы, гепарды и др.
Разнообразны птицы, среди которых есть крупные хищники и падальщики (грифы), а также самая крупная из птиц ¾ африканский страус.
Здесь множество рептилий ¾ змей и ящериц, активных в засушливый период, а также насекомых, обилие которых приходится на дождливый сезон.
Среди насекомых много кровососущих ¾ знаменитая муха цеце и др.
В южной Африке обитают насекомые, переносящие возбудителей тяжелых болезней, поражающих центральную нервную систему человека и животных, и других опасных «тропических» болезней.
Полувечнозеленые сезонные (листопадные) тропические леса распространены в областях с осадками 800-1300 мм/г с продолжительным сухим периодом в четыре — шесть месяцев в году.
Леса характерны для тропической части Азии, Центральной Америки. Характерно, что в них доминируют деревья верхнего яруса, которые сбрасывают листья в сухой сезон, соответствующий зимнему периоду.
Нижний ярус представлен уже большей частью вечнозелеными деревьями и кустарниками.
Из вечнозеленых деревьев в этих лесах хорошо известна пальма.
Вечнозеленые тропические дождевые леса расположены вдоль экватора, в зоне, где 2000-2500 мм/г осадков при достаточно равномерном распределении их по месяцам.
Дождевые леса расположены в трех основных областях: 1) крупнейший сплошной массив в бассейне Амазонки и Ориноко в Южной Америке; 2) в бассейнах рек Конго, Нигера и Замбези в Африке и на острове Мадагаскар; 3) Индо-Малайской и островов Борнео ¾ Новая Гвинея.
Годовой ход температур в этих областях достаточно ровный, и в ряде случаев снижает сезонные ритмы вообще или сглаживает их.
В дождевых тропических лесах деревья образуют три яруса:
1) редкие высокие деревья образуют верхний ярус над общим уровнем полога;
2) полог, образующий сплошной вечнозеленый покров на высоте 25-35 м;
3) нижний ярус, который четко проявляется как густой лес лишь в местах просвета в пологе.
Травянистая растительность и кустарники практически отсутствуют.
Но зато большое количество лиан и эпифитов.
Видовое разнообразие растений очень велико ¾ на нескольких гектарах можно встретить столько видов, сколько нет во флоре всей Европы (Ю. Одум, 1986).
Число видов деревьев по разным учетам различно, но, видимо, достигает 170 и более, хотя трав ¾ не более 20 видов.
Количество видов межярусных растений (лианы, эпифиты и др.) вместе с травами насчитывает 200-300 и более.
Влажные тропические леса ¾ это достаточно древние климаксные экосистемы, в которых круговорот питательных веществ доведен до совершенства ¾ они мало теряются и немедленно поступают в биологический круговорот, осуществляемый мутуалистическими организмами и неглубокими, большей частью воздушными, с мощной микоризой, корнями деревьев.
Именно благодаря этому на скудных почвах так пышно растут леса.
Не менее разнообразен, чем растительность, и животный мир этих лесов.
Большая часть животных, в том числе и млекопитающих, существуют в верхних ярусах растительности.
Разнообразие видов животных можно проиллюстрировать такими цифрами: на 15 км2 дождевого леса в Панаме насчитывается 20 тыс. видов насекомых, а на такой же территории на западе Европы их всего несколько сотен.
Из крупных животных тропических лесов назовем лишь некоторые, наиболее известные: обезьяны, ягуары, муравьед, ленивец, пума, человекообразные обезьяны, буйвол, индийский слон, павлин, попугаи, кондор, королевский гриф и многие другие. Основной источник питания животных в этих местах ¾ плоды и термиты. Многие птицы ¾ растительноядные.
Для тропического леса характерна высокая скорость эволюции и видообразования. Многие виды вошли в состав более северных сообществ. Поэтому очень важно сохранить эти леса, как «ресурс генов».
Влажные тропические леса обладают большой биомассой и самой высокой продуктивностью из биоценозов суши.
Чтобы лес восстанавливался до состояния климакса, требуется длительный сукцессионный цикл. Для ускорения процесса предлагается, например, вырубать его узкими просеками, оставляя, в основном, растения, которые для промышленности ценности не представляют, не нарушая при этом запас биогенов в корневых подушках, и тогда обсеменение с незатронутых участков поможет быстро восстановить лес до первоначального вида.
Антропогенне экосистемы: круговороты веществ в естественных и антропогенных экосистемах.
Антропогенные экосистемы
Среди антропогенных экосистем выделяют два основных вида – агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) и урбосистемы (урбанистические системы).
Агроэкосистемы — искусственные экосистемы, которые возникают в результате сельскохозяйственной деятельности человека для получения продукции автотрофов (урожая). Например,  пашни, сенокосы, пастбища. В агроэкосистемах так же, как и в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек. Основными отличиями агроценозов от естественных биоценозов являются:
 
■ незначительное видовое разнообразие;
 
■ короткие цепи питания;
 
■ неполный круговорот веществ (часть питательных элементов выносится с урожаем);
 
■ источник энергии – Солнце и деятельность человека;
 
■ «эволюция» за счет искусственного отбора, производимого человеком;
 
■ отсутствие саморегуляции и существования без поддержки человека.
 
Таким образом, агроценозы – это неустойчивые система, способные существовать только при поддержке человека.
 Урбосистемы (урбанистические системы) — искусственные системы, которые возникают в результате развития городов и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д. В составе урбоэкосистем выделяют: промышленные зоны, включающие промышленные объекты различных отраслей хозяйства; селитебные зоны с жилыми домами, административными зданиями, объектами быта, культуры и т.п.; рекреационные зоны (лесопарковые), предназначенные для отдыха людей (лесопарки, базы отдыха и т.д.)
Кроме того, значительное место в инфраструктуре городов занимают — транспортные системы и сооружения (автомогистрали, железные дороги, заправочные станции, гаражи, метрополитен и т.п.).
Существование урбоэкосистем зависит от энергии горючих ископаемых, атомной промышленности и агроэкосистем. 
Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)
Природная экосистема Антропогенная экосистема
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию. Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива.
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода. Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого топлива .
Формирует плодородную почву. Истощает или представляет угрозу для плодородных почв.
Накапливает, очищает и постепенно расходует воду. Расходует много воды, загрязняет ее.
Создает местообитания различных видов дикой природы. Разрушает местообитания многих видов дикой природы.
Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться на счет населения.
Обладает способностью самосохранения и самовосстановления. Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления.

Круговорот веществ в экосистемах.
Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.
В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, в которых поступающие элементы превращаются в новые сложные соединения, и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.
Экологические системы суши и Мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.
Важнейшим аспектом существования жизни на Земле являются круговороты (биогеохимические циклы), в которые вовлечены вода и основные биогенные химические элементы — С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др. Все циклы состоят из двух фаз: органической (во время которой вещество или элемент находится в составе живых организмов) и неорганической. Последовательные переходы вещества из одной фазы в другую совершаются бесчисленное количество раз. Так, например, ежегодно проходит через органическую фазу и возвращается в неорганическую 1/7 часть всего углекислого газа и 1/4500 часть кислорода атмосферы; подсчитано, что вся вода оборачивается за 2 млн лет.
В качестве примера рассмотрим круговорот азота — одного из важнейших химических элементов живых организмов. Азот является строительным материалом для белков, нуклеиновых кислот, компонентом АТФ, хлорофилла, гемоглобина и т.д.
Азот распространен в биосфере крайне неравномерно. В почве его содержится всего от 0,02 до 0,5 %, и то лишь благодаря деятельности микроорганизмов, некоторых растений и разложению органических веществ. В то же время миллионы тонн азота в атмосфере буквально давят на поверхность Земли. Над каждым гектаром почвы, образно говоря, «висит» до 80 тыс. т этого элемента. Несмотря на то что азота в атмосфере очень много (78 %), большинство растений не в состоянии ассимилировать его в молекулярном состоянии. «Элементом жизни» азот становится только в химических соединениях — легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. Однако связанного (хотя бы в простые оксиды) азота в воздухе нет.
Исключением является поступление азота в атмосферу в результате выбросов автомобильного транспорта, тепловых электростанций, котельных, промышленных предприятий. При сжигании ископаемого топлива (нефть, уголь, газ) в атмосферу Земли происходит выброс оксидов азота (N20, N02), которые загрязняют окружающую среду.
Напрямую азот атмосферы способны использовать лишь немногие прокариотические (доядерные) организмы — некоторые виды бактерий и цианобактерий. Высшие растения могут использовать азот только в результате симбиотических взаимоотношений с азотфиксируюшими прокариотическими организмами — клубеньковыми бактериями, которые поселяются в тканях корней растений из семейства бобовых, таких как арахис, соя, чечевица, фасоль, люцерна, клевер, люпин и др. Фиксируя атмосферный азот, они снабжают растение-хозяин доступными для него соединениями азота в виде нитратов и нитритов.
Мертвые азотсодержащие органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, мочевина) разлагаются аммонифицирующими бактериями до аммиака. Он легко растворяется в воде. Часть его может поглощаться непосредственно растениями, часть вымывается из почвы, а оставшийся аммиак подвергается действию специализированных бактерий в результате процесса нитрификации — окисления азотсодержащих соединений. Корни растений получают нитриты и нитраты, образующиеся в ходе реакции
NH4+ -> N02- -> N03-
В природе осуществляется и обратный процесс — восстановление нитритов и нитратов до газообразных азотистых продуктов — денитрификация, В результате этого процесса денитрифицирующие бактерии восстанавливают ион NO3-до N2. Денитрификация происходит в несколько этапов:
N03—> N02 ->- N20 -> N2
Таким образом, в ходе денитрификации связанный азот удаляется из почвы и воды и в виде газообразного азота возвращается в атмосферу. Денитрификация замыкает цикл азота и препятствует накоплению его оксидов, которые в высоких концентрациях токсичны.
Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ достигает 90-98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Так накапливаются полезные ископаемые — уголь, нефть, газ, известняки и т.п.

Видовая, морфологическая и пространственная структуры сообщества, ярусность.
Структура сообщества

Структурой сообщества называют соотношение различных групп организмов, различающихся по систематическому положению: по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве, в пищевой, или трофической, сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей функционирования естественных экосистем.

Видовая структура – один из важнейших признаков сообщества. Ее главными показателями являются число видов, то есть видовой состав, и количественное соотношение особей, то есть численность популяций. В сообществе, как правило, имеется сравнительно мало видов, представленных большим числом особей, или большой биомассой, и сравнительно много видов, встречающихся менее обильно.

При изучении сообществ наиболее многочисленным видам уделяется основное внимание. Однако редкие виды часто оказываются лучшими индикаторами (показателями) состояния среды. Их исчезновение позволяет сделать вывод о наличии загрязнений или иных неблагоприятных воздействий на экосистему. По общему числу видов и их соотношению судят о видовом разнообразии сообщества. Видовое разнообразие – признак экологического разнообразия: чем больше видов, тем больше экологических ниш, то есть выше богатство среды. Сообщества с большим видовым разнообразием являются более устойчивыми: чем разнообразнее видовой состав, тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям, например к изменениям климата или других факторов.

Морфологическая структура – важный структурный признак сообщества, показывающий его пространственное сложение. Число жизненных форм, входящих в биоценоз, обычно гораздо меньше общего числа образующих его видов. Но набор жизненных форм, занимающих разные экологические ниши, всегда закономерен для данного местообитания и гораздо лучше характеризует экологические условия в сообществе – как абиотические, так и биотические. По преобладающим (доминирующим) жизненным формам определяется принадлежность сообщества к тому или иному типу растительности (например, леса, луга, кустарники).

Совместное существование разных видов и жизненных форм в сообществе приводит к их пространственному обособлению. Это выражается в горизонтальном и вертикальном расчленении растительного сообщества (фитоценоза) на отдельные элементы, каждый из которых играет свою роль в накоплении и преобразовании вещества и энергии.

По вертикали растительное сообщество разделяется на ярусы – горизонтальные слои, толщи, в которых располагаются надземные или подземные части растений определенных жизненных форм. Ярусностъ особенно четко выражена в лесных фитоценозах, где насчитывается обычно пять-шесть ярусов: древесные ярусы (высоких и низких деревьев), кустарниковый (подлесок), травяно-кустарничковый, моховой (или лишайниковый), подстилка (опад листвы).

Ярусное строение фитоценоза дает растениям возможность более полно использовать ресурсы среды, прежде всего свет, тепло и влагу. Растения разных ярусов живут в разных условиях, что уменьшает конкуренцию и способствует увеличению видового разнообразия. Животное население биоценоза (зооценоз) «привязано» к растениям и также распределено по ярусам. Например, микрофауна почвенных животных наиболее богата в подстилке. Разные виды птиц строят гнезда и кормятся в разных ярусах – в траве, в кустарниках, в кронах деревьев. По горизонтали сообщество также расчленяется на отдельные элементы – микрогруппировки, расположение которых отражает неоднородность условий жизни. Пространственная структура сообщества является показателем имеющегося в данном местообитании разнообразия экологических ниш., богатства и полноты использования сообществом ресурсов среды, а также показателем относительной устойчивости сообщества.

Трофическая структура сообщества – экологический показатель пищевых взаимосвязей в нем. Любое сообщество можно представить в виде пищевой сети, то есть схемы всех пищевых, или трофических (от греч. трофо – питание), взаимосвязей между видами этого сообщества. Пищевая сеть (ее переплетения бывают очень сложными) обычно состоит из нескольких пищевых цепей, каждая из которых является отдельным каналом, по которому передаются и вещество, и энергия. Простой пример пищевой цепи дает следующая последовательность: растительность – питающееся растительностью насекомое – популяция хищного насекомого – насекомоядная птица – хищная птица. В этой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой.
Различные организмы занимают разное положение (в сообществе) относительно основного источника поступающей энергии. В этих случаях говорят, что организмы располагаются на разных трофических уровнях, характеризующих положение каждого организма в пищевой цепи. Лишь зеленые растения способны фиксировать световую энергию при фотосинтезе и использовать простые неорганические вещества для образования из них органических веществ, необходимых для построения своего тела. Такие организмы называются автотрофами (от греч. авто – сам и трофо – питание, то есть самопитающиеся) или первичными продуцентами (производителями).
Автотрофы занимают первый трофический уровень и являются важнейшей частью сообщества, потому что практически все остальные организмы, входящие в его состав, прямо или косвенно зависят от снабжения веществом и энергией, запасенными растениями. На суше автотрофы – это обычно крупные растения с корнями, тогда как в водоемах их роль берут на себя многочисленные микроскопические водоросли, парящие в толще воды (фитопланктон).
Все остальные организмы, занимая последующие трофические уровни, относятся к гетеротрофам (от греч. гетеро – разный), питающимся готовыми органическими веществами. Гетеротрофы разлагают, перестраивают и усваивают сложные органические вещества, созданные первичными продуцентами. Интенсивная гетеротрофная деятельность сосредоточена в тех местах, где скапливается органическое вещество, – в почве и иле.
Гетеротрофные организмы подразделяются на консументов (потребителей) и редуцентов (разлагателей). Также гетеротрофов подразделяют на макро- и микроконсументов. Макроконсументы (буквально – крупные потребители) представляют собой главным образом консументов — животных, которые пожирают другие организмы или измельченные органические вещества. Микроконсументы представлены в основном грибами и бактериями, разлагающими сложные составные компоненты мертвой цитоплазмы, доводя их до простых органических соединений, которые в последующем могут быть использованы продуцентами. Итак, состав трофической сети отражает число трофических уровней, соотношение продуцентов, консументов и редуцентов.

Эволюция сообществ

Многие сообщества изменяются за период жизни особей, входящих в их состав. Помимо сравнительно непродолжительных изменений в масштабе экологического времени свойства сообществ находятся под влиянием эволюции и коэволюции видовых популяций, которые участвуют в долговременном формировании сообществ. Вместе с тем сообщество само является главным фактором селективной среды популяций, входящих в его состав, и его свойствами определяются многие из популяционных адаптации. Предполагается, что так называемый «цикл развития таксона» вызывается биотическими реакциями на конкуренцию и хищничество или «контрадаптациями» других видов сообщества. Конкуренция внутри видов и между ними приводит к эволюции нишевых различий, появление которых в свою очередь гарантирует, что ресурсы данного сообщества, включая растения и животных, будут использоваться более или менее пропорционально их эффективному запасу. Как уже указывалось в настоящей главе, эволюция вида имеет и другие последствия для структуры сообщества.
Эволюция жертвы приводит к уменьшению эффективности переноса энергии с одного трофического уровня на другой и к повышению устойчивости. Эволюция хищника ведет к возрастанию эффективности этого переноса и снижению устойчивости. Разнообразие жертвы, добываемой хищником, а также способность хищника изменять свою диету в ответ на изменение доступности жертвы, вероятно, влияют на устойчивость популяций жертвы, а следовательно, и на устойчивость сообщества. Могут ли сообщества в целом быть подвержены естественному отбору? Представление об отборе на уровне сообществ и экосистем является случаем крайнего выражения идеи группового отбора. Существование отбора на этом уровне маловероятно, так как число сообществ и экосистем ограниченно, а скорость их оборота невелика. Особенно важно подчеркнуть, что отбор действует только посредством дифференциального размножения, а размножение сообщества или экосистемы представить себе чрезвычайно трудно.
Организмы, составляющие сообщество, не связаны друг с другом облигатными связями. Напротив, каждый из них развивается в какой-то степени независимо от других членов сообщества и часто находится с ними в антагонистических отношениях, как это бывает в случаях хищничества и конкуренции. На деле из-за антагонизма хищника и жертвы устойчивость сообщества может даже оказаться не совместимой с эффективным переносом энергии с низших трофических уровней на высшие.

Энергетические взаимоотношения между видами

Важным аспектом экологии сообществ являются энергетические взаимоотношения между видами. Но прежде чем перейти к изучению энергетики сообществ, нам необходимо рассмотреть некоторые основы термодинамики. Всем организмам для существования и воспроизведения требуется энергия, а единственный источник практически всей энергии на Земле — Солнце. Можно считать, что Земля «питается» лучистой энергией Солнца. Но 99% падающего солнечного излучения (а, возможно, даже и больше) не используется организмами и теряется в виде тепла и теплоты испарения. Только около 1 % улавливается растениями при фотосинтезе и запасается в виде химической энергии. Кроме того, количество поступающей солнечной энергии сильно различается в разных точках земной поверхности и зависит от времени. Физика и химия дали нам два фундаментальных закона термодинамики, которым подчиняются все формы вещества и энергии, включая живые организмы.
Первый закон, закон сохранения вещества и энергии, утверждает, что вещество и энергия не исчезают и не создаются вновь. Они могут преобразовываться, а энергия может переходить из одной формы в другую, но общая сумма эквивалентных количеств вещества и энергии должна оставаться постоянной. Свет переходит в тепло, кинетическую энергию и (или) лотенциальную энергию. В любой момент времени энергия преобразуется из одного вида в другой; часть ее выделяется в виде тепла, которое представляет собой наиболее беспорядочную форму ее существования. Единственный путь преобразования энергии со 100%-ной эффективностью — это переход ее в тепло, или горение. Сжигание навесок высушенных организмов в «калориметрических бомбах» — широко распространенный метод определения количества энергии, запасенной в тканях.
Энергию можно измерять в разнообразных единицах, например эргах или джоулях, но в экологии общим знаменателем является тепловая энергия, которая выражается в калориях. Второй закон термодинамики утверждает, что все виды энергии, будь то световая, потенциальная, химическая, кинетическая или любая другая энергия, спонтанно стремятся перейти в менее организованную и более беспорядочную форму. Этот закон иногда называют законом «возрастания энтропии». Предположим, я подогреваю сковороду, чтобы приготовить яичницу. После завтрака сковорода остается на плите. Поначалу тепловая энергия сконцентрирована у сковороды. По сравнению с остальной частью комнаты эту энергию нельзя назвать беспорядочной. На следующее утро сковорода остынет до температуры воздуха, а тепловая энергия рассеется по всей комнате, и ее нельзя уже больше использовать для приготовления еды. Система, состоящая из сковороды, комнаты и тепла, пришла в равновесие, стала менее упорядоченной и характеризуется возросшей энтропией. Если в ней нет постоянно действующего внешнего источника энергии, например газовой или электрической плиты, который поддерживал бы неустойчивое состояние, рассеяние энергии приведет к равновесию, характеризующемуся полным беспорядком.

То же самое справедливо в отношении всех видов энергии. Теоретически из этого закона следует, что в отдаленном будущем наша Солнечная система, а может быть, и вся Вселенная превратятся в совершенно беспорядочный набор молекул и в тепло. Жизнь иногда называют «отрицательной энтропией» потому, что организмы способны поддерживать сложную структуру, несмотря на влияние своего окружения. Но так же как и любые другие системы, состоящие из вещества и энергии, они подчиняются второму закону и вынуждены постоянно работать, создавая и поддерживая упорядоченные ансамбли вещества и энергии. Этот процесс требует энергии, и организмы получают ее от гаснущего Солнца (которое тоже подчиняется второму закону термодинамики и стремится к неупорядоченному состоянию), чтобы противостоять второму закону в своих собственных тканях, создавая порядок из беспорядка. Где бы мы ни находили живые растения или животных, мы всегда найдем здесь же источник энергии. Ни один организм не может долго просуществовать без непрерывного притока энергии. Опять-таки «отрицательная энтропия» имеется только внутри организмов, а совокупность энергетических взаимоотношений в Солнечной системе подчиняется второму закону термодинамики, т. е. вся система непрерывно теряет упорядоченность.

Понятия и критерии вида.

Микроэволюционные процессы, протекающие в популяциях, могут приводить к возникновению новых видов —центральному и важнейшему этапу эволюции живого на Земле. С появлением нового вида исчезает возможность нивелировки, сглаживания различий, достигнутых в процессе микроэволюции отдельными популяциями и их группами. Прекращение нивелировок путем устранения скрещиваний определяет возможность возникновения того многообразия органических форм, которое наблюдается в природе.
История развития концепции вида
Аристотель употреблял термин «вид» для характеристики сходных животных. После появления работ Д. Рея (1686) и особенно К. Линнея (1751— 1762) понятие о виде прочно закрепляется в биологии в качестве основного. Факты устойчивости и постоянства видов в природе привели к господству идеи о неизменности и сотворении видов. В борьбе с креационизмом развивался трансформизм (Ж. Бюффон). Ж. Б. Ламарк, увлекшись идеей изменяемости видов, стал отрицать реальность вида вообще, сводя любую изменчивость в природе к видообразованию.
Ч. Дарвин, не отрицая реальности видов, развил представления об их неустойчивости и динамичности. Правильное представление, но не обоснованное достаточным знанием генетических процессов, текущих внутри вида, впоследствии вновь приводило некоторых исследователей к отрицанию реальности вида в природе.
Вначале XX в. началась ломка представлений о виде как о морфологически однородном единстве («типологическая» или «монотипическая» концепция вида). В изученных группах растений и животных основной единицей классификации стала географическая раса, считавшаяся далее неделимой. Вид стал рассматриваться как группа таких географических рас (или подвидов); в дополнение к биноминальной возникла триномиальная номенклатура: Следующими важными шагами в развитии представлений о виде было открытие сезонных, экологических или физиологических рас внутри казалось бы однородных подвидов. Но настоящий переворот во взглядах на вид произошел в связи с успехами генетики. Экспериментальными работами генетиков была выявлена сложная генетическая структура вида. На первых порах это привело некоторых исследователей к отрицанию реальности вида: традиционные «линнеевские» виды распадались на сотни и тысячи наследственно устойчивых мелких форм. Благодаря такому дроблению вид мягкой пшеницы, например, был разделен на несколько тысяч форм («жорданонов» — «мелких константных видов»).
Вид — это совокупность особей, обладающих общими морфофизиологическими признаками и объединенных возможностью скрещивания друг с другом, формирующих систему популяций, которые образуют общий (сплошной или частично разорванный) ареал; в природных условиях виды обычно отделены друг от друга и представляют генетически устойчивые системы.
Любой вид представляет также систему популяций, формирующих совокупность экологических ниш в соответствующих биогеоценозах. Эта система популяций обладает общей эволюционной судьбой. Наконец, большинство видов политипично, т. е. представлены группами разнообразных по многим морфофизиологическим признакам особей (иногда эти группы достигают ранга подвидов).
Критерии вида
Морфологические различия
Пример относится к комплексу видов-двойников, прежде объединяемых под названием «малярийный комар» (Anopheles maculipennis). В одних регионах он предпочитает кормиться на человеке, а в других — исключительно на домашних животных; в одних районах он размножается в солоноватой воде, в других — только в пресной и т. д. Изучение показало, что существует не один, а шесть видов-двойников. Внешне они почти неразличимы, известные пока различия касаются особенностей структуры яиц, числа и ветвистости щетинок у личинок.
Считать ли шотландскую куропатку-грауса подвидом белой куропатки (Lagopus I. scoticus) или отдельным видом (L. scoticus). Дело в том, что у белой куропатки, широко распространенной во всей Северной Евразии, зимой белое оперение, а летом — коричневато-пестрое. Особи из шотландских популяций не приобретают белой окраски зимой и весь год остаются коричневыми. Представим себе, что скандинавские популяции куропатки по какой-то причине вымерли, тогда вывод о видовой самостоятельности грауса уже ни у кого не вызовет возражений.
Физиолого-биохимические различия видов
Между близкими видами обычно меньше, чем между видами, филогенетически более далекими. Известно, что синтез определенных высокомолекулярных органических веществ свойствен лишь для отдельных групп видов. Так, например, по способности образовывать и накоплять алкалоиды различаются виды растений в пределах семейств пасленовых, сложноцветных, лилейных и орхидных.
Например, инсулин обнаружен только у хордовых животных. По последовательности расположения в молекуле инсулина аминокислот все изучены виды млекопитающих сходны и различия касаются лишь небольшого участка молекулы. Аналогичные результат получены в последние годы при сравнении строения ДНК разных видов животных методом молекулярной «гибридизации».
Казалось бы, все эти (и многие другие аналогичные) факты позволяют считать физиолого-биохимический» критерий одним из наиболее существенных и надежных при разграничении видов. Однако этот вывод неверен, так как существует значительная внутривидовая изменчивости практически всех физиолого-биохимических показателей, начиная от теплоустойчивости тканей, характерных для данного вида, до последовательности аминокислот и отдельных участков ДНК. Одним из примеров такой внутривидовой изменчивости биохимических показателей является резко повышенное выделение мочевой кислоты в мочу только у одной из пород собак (выделение мочевой кислоты, а не аллантоина характерно лишь для высших приматов). биосинтез одних и тех же аминокислот (например, гистидина, аргинина) может осуществляться одинаковыми путями у столь далеких организмов, как Escherichia coli и Neu-rospora crassa, а синтез другой аминокислоты (лизина) может осуществляться различными путями даже среди очень близких видов животных
Географические различия
Между видами основаны на относительной самостоятельности ареала каждого вида. Несомненно, что размер ареала, его форма, расположение в биосфере —важные видовые признаки. Для каждого вида свойственны свои границы пригодных для жизни условий, своя история возникновения (определяющая в значительной степени очертания и размер ареала), свои специфические взаимодействия с видами-конкурентами и т. д. Поэтому любая характеристика вида будет неполной без указания на специфические особенности его ареала.
Генетическое единство — главный критерий вида
Основной критерий вида заключается в его генетическом единстве. Единство вида как динамической системы в эволюции основано на возможности нивелировок различий, возникающих в популяциях путем скрещивания. Как бы ни были изолированы отдельные популяции и подвиды, поток генетической информации между ними всегда существует. Даже единичные миграции отдельных особей из одной популяции в другую, из зоны обитания одного подвида в зону обитания другого, повторяясь на протяжении сотен и тысяч поколений, создают поток генов. Это обеспечивает интеграцию относительно изолированных генофондов отдельных популяций.

Биоинтеграл (толерантность), диаграмма выживания.

Жизнь, весьма вероятно, возникла в море. По сравнению с другими биомами биомы морской среды сравнительно устойчивы. Флуктуации таких физических факторов, как температура и содержание кислорода, здесь невелики, поэтому внутренняя среда многих морских беспозвоночных мало подвержена нарушениям. Такие животные обычно являются конформерами в том смысле, что состояние их организма соответствует состоянию внешней среды и они не могут жить в изменчивых условиях. Так, например, соленость жидкостей тела у многих морских беспозвоночных такая же, как у морской воды. У других животных, называемых регуляторами, функции организма сравнительно независимы от флуктуации внешней среды. Эта способность послужила предпосылкой для заселения пресной воды и суши.
Каждый вид обладает своей характерной способностью переносить крайние значения внешних факторов, например температуры и влажности. На многих морских беспозвоночных действует изменение солености воды, потому что в жидкостях их тела в норме концентрация соли почти такая же, как в морской воде, и их ткани приспособлены хорошо функционировать именно в таких условиях. Если поместить их в менее соленую среду, вода извне будет осмотически поступать в их ткани. В более соленой среде произойдет обратное. Для животных, не способных контролировать проникновение воды в тело, условия существования соответствуют пределам переносимой солености.
Среда обитания животного ограничена его толерантностью. Например, разные виды бокоплавов рода Gammarus приурочены к разным участкам эстуариев из-за своей разной солеустойчивости.Gammarus locusta весьма толерантен к соленой воде и встречается ближе к устью; у Gammarus zaddachi толерантность умеренная, и обычно он обитает в реке на участке от 13 до 20 км от моря.Gammarus pulex является настоящим пресноводным видом и полностью отсутствует в местах, где как-либо ощущается влияние прилива или соленой воды. В этом примере каждый вид переносит только ограниченные пределы солености и приспособлен отбором к условиям, в которых не живут другие представители этого рода.
При построении графиков зависимости выживания, или приспособленности, от существенных переменных окружающей среды обычно получаются колоколообразные кривые. Только немногие животные выдерживают крайне высокие или крайне низкие значения экологических параметров, а остальные вынуждены скапливаться в области их средних величин.

Распределение но реке трех весьма близких друг к другу видов бокоплавов G ummarus в зависимости от концентрации соленой воды. Степень опреснения воды показана густотой точек
Такие кривые показывают не только пределы и диапазон толерантности вида, но также оптимальные значения переменных среды. Подобным образом можно представить толерантность животных применительно к любым градиентам среды.
У конформеров толерантность часто непосредственно связана с физиологическим состоянием животного. Например, если окружающая температура 40°С для них смертельна, то это потому, что внутренняя температура около 40°С вызывает биохимический распад. Но на толерантность к данному фактору влияют значения и других переменных среды. Действуя в совокупности, экологические факторы могут убить животное при интенсивностях. которые, взятые по отдельности, не были бы губительны для него. Так, например, для американского омара Homarus americanusтемпература в 32°С смертельна при солености около 3% и содержании кислорода в воде 6,5 мг/л. Если содержание кислорода упадет до 2,9 мг/л, температурный предел выживания снизится до 29°С. В одной работе омаров подвергали действию 27 комбинаций температур, солености и содержания кислорода. Полученные результаты представлены в виде трехмерного графика, который показывает, как взаимодействие факторов влияет на пределы толерантности вида.

Устойчивость трех видов сверлящих дерево морских изопод к разному постоянному содержанию хлора

Распределение плотности популяции вдоль экологического градиента

Трехмерное изображение границ летальных условий для американского омара при разных сочетаниях температуры, солености и содержания кислорода
На изменение пределов толерантности, обычно называемое повышением сопротивляемости, сильно влияют длительность воздействия, степень изменения факторов среды и прошлая жизнь особи. Физиологические механизмы повышения сопротивляемости требуют определенного времени для приспособления к той или иной ситуации. Внезапное изменение среды может вызвать смерть, но если такое же изменение развивается постепенно, животное способно выжить. Повышение сопротивляемости включает процессы от очень быстрой регуляции до медленной акклиматизации. Таким образом, очень постепенные изменения среды позволяют особи приспособиться к новым условиям. Некоторые виды способны менять пределы своей толерантности в процессе акклиматизации. Так, например, мелкая древесная ящерица Urosaurus ornatus обычно выдерживает температуру до 43,1°С. После содержания этих животных в лаборатории в течение семи — девяти дней при температуре 35°С вместо более привычной для них температуры 22-26°С оказалось, что средняя летальная температура повысилась до 44.5° С.
Лимитирующие факторы, закон толерантности В. Шелфорда, закон Ю. Либиха.

 В совокупном давлении среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде основной закон минимума, сформулированный Ю.Либихом в 1840 г., касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими необходимыми агрохимическими веществами. Позднее (в 1909г.) закон минимума был истолкован Ф. Блекманом боле широко, как действие любого экологического фактора, находящегося в минимуме: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, особенно ограничивают возможность существования вида в данных условиях вопреки и, не смотря на оптимальное сочетание других отельных условий.
Кроме минимума в законе В. Шелфорда учитывается и максимум экологического фактора: лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Ценность концепции лимитирующих факторов заключается в том, что дается отправная точка при исследовании сложных ситуации. Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. Выявление ограничивающих факторов — ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. Например, в агроэкосистемах на сильно кислых почвах урожайность пшеницы можно увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающее влияние кислотности. Для успешного применения закона лимитирующих факторов на практике необходимо соблюдать два принципа. Первый — ограничительный, то есть закон строго применим лишь в условиях стационарного состояния, когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы. Второй — учитывает взаимодействие факторов и приспособляемость организмов. Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени.
Экологическое значение отдельных факторов для различных групп и видов организмов крайне разнообразно и требует грамотного учета.
Лимитирующие факторы. Закон минимума (Закон Ю. Либиха), определение лимитирующего экологического фактора
Лимитирующий фактор — фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма. Лимитирующий фактор ограничивает любое проявление жизнедеятельности организма. С помощью лимитирующих факторов регулируется состояние организмов и экосистем.
Закон минимума Ю. Либиха — в экологии — концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму.
Среда — это все, что окружает организм, т.е. это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях.
Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Комплекс условий складывается из разнообразных элементов — факторов среды. Не все из них с одинаковой силой влияют на организмы. Так, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но он не действует на более мелких, которые укрываются под снегом или в норах, либо живут в земле. Те факторы, которые оказывают какое-либо действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами.
Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации — одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться.
Классификация экологических факторов
Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы: абиотические и биотические. Если мы будем подразделять факторы по причинам их возникновения, то они могут быть подразделены на природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.
Абиотические факторы (или физико-химические факторы) — температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир — составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов — основа существования популяций и биоценозов.
Антропогенные факторы — это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.
Действие экологических факторов может приводить:
— к устранению видов с биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; пример: миграции птиц);
— к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);
— к фенотипической изменчивости и адаптации: модификационная изменчивость — адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т.п.
Лимитирующие факторы. Законы Шелфорда и Либиха
Реакция организма на воздействие фактора обусловлена дозировкой этого фактора. Очень часто фактор среды, особенно абиотический, переносится организмом лишь в определенных пределах. Наиболее эффективно действие фактора при некоторой оптимальной для данного организма величине. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при котором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью или толерантностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Распределение плотности популяции подчиняется нормальному распределению. Плотность популяции тем выше, чем ближе значение фактора к среднему значению, которое называется экологическим оптимумом вида по данному параметру. Такой закон распределения плотности популяции, а следовательно, и жизненной активности получил название общего закона биологической стойкости.
Диапазон благоприятного воздействия фактора на организмы данного вида называется зоной оптимума (или зоной комфорта). Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Этот диапазон величины фактора называется зоной пессимума (или зоной угнетения). Рассмотренные закономерности воздействия фактора на организм известно, как правило, оптимума.
Установлены и другие закономерности, характеризующие взаимодействия организма и среды. Одна из них была установлена немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году и получила название закона минимума Либиха, согласно которому рост растений ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме. Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей. Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Величина урожая определяется наличием в почве того из элементов питания, потребность в котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в минимальном количестве. По мере повышения его содержания урожай будет возрастать, пока в минимуме не окажется другой элемент.
Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня, или превосходит максимально выносимый предел. Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими или нет. Пример со светом: для большинства растений это необходимый фактор как поставщик энергии для фотосинтеза, тогда как для грибов или глубоководных и почвенных животных этот фактор не обязателен. Фосфаты в морской воде — лимитирующий фактор развития планктона. Кислород в почве не лимитирующий фактор, а в воде — лимитирующий.
Следствие из закона Либиха: недостаток или чрезмерное обилие какого-либо лимитирующего фактора, может компенсироваться другим фактором, изменяющим отношение организма к лимитирующему фактору.
Однако ограничивающее значение имеют не только те факторы, которые находятся в минимуме. Впервые представление о лимитирующем влиянии максимального значения фактора наравне с минимумом было высказано в 1913 году американским зоологом В. Шелфордом. Согласно сформулированному закону толерантности Шелфорда существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом. В связи с этим все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими.
Периодичность действия экологических факторов
Действие фактора может быть:
1) регулярно-периодическим, меняющим силу воздействия в связи со временем суток, сезона года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярным, без четкой периодичности, например катастрофические явления — бури, ливни, смерчи и т.д.;
3) направленным на протяжении известных отрезков времени, например, глобальные похолодания, или зарастание водоемов.
Организмы всегда приспосабливаются ко всему комплексу условий, а не к одному какому-либо фактору. Но в комплексном действии среды значение отдельных факторов неравноценно. Факторы могут быть ведущими (главными) и второстепенными. Ведущие факторы различаются для разных организмов, даже если они и живут в одном месте. Они различаются и для одного организма в разные периоды его жизни. Так, для ранневесенних растений ведущим фактором является свет, а после цветения — влага и достаток питательных веществ.
Первичные периодические факторы (дневная, лунная, сезонная, годовая) — происходит адаптация организмов, укоренившаяся в наследственной основе (генофонде), поскольку эта периодичность существовала до появления жизни на Земле. Климатическая зональность, температура, приливы и отливы, освещенность. Именно с первичными периодическими факторами связаны климатические зоны, которые определяют распространение видов на Земле.
Вторичные периодические факторы. Факторы, являющиеся следствием изменений первичных факторов (температура — влажность, температура — соленость, температура — время суток).
Абиотические факторы
Универсальные группы: климатические, эдафические, факторы водной среды. В природе существует общее взаимодействие факторов. Принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес — изменение микроклимата — изменение экосистемы.
1) Климатические факторы. Зависят от главных факторов: широты и положения континентов. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны. Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение континентов — причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.
Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.
Температура. Все живое — в температурном диапазоне — от 00 до 500 С. Это летальные температуры. Исключения. Космический холод. Эвритермные и стенотермные организмы. Холодолюбивые стенотермные и теплолюбивые стенотермные. Абиссальная среда (0?) — самая постоянная среда. Биогеографическая зональность (арктические, бореальные, субтропические и тропические). Пойкилотермные организмы — холодноводные с непостоянной температурой. Температура тела приближается к температуре среды. Гомойотермные — теплокровные организмы с относительно постоянной внутренней температурой. Эти организмы обладают большими преимуществами в использовании среды.
Влажность. Вода в почве и вода в воздухе — факторы, имеющие огромное значение в жизни органического мира.
Гидробионты (водные) — обитают только в воде. Гидрофилы (гидрофиты) — очень влажные среды (лягушки, дождевые черви). Ксерофилы (ксерофиты) — обитатели засушливого климата.
Свет. Определяет существование автотрофных организмов (синтез хлорофилла), составляющих важнейший уровень в трофических цепях. Но есть растения и без хлорофилла (грибы, бактерии — сапрофиты, некоторые орхидеи).
2) Эдафические факторы. Все физические и химические свойства почв. Главным образом воздействуют на обитателей почв.
3) Факторы водной среды. Температура, давление, химический состав (кислород, соленость). По степени концентрации солей в водной среде организмы бывают: пресноводные, солоноводные, морские эвригалинные и стеногалинные (т.е. живущие в условиях широкого и узкого диапазона солености соответственно). По температурному фактору организмы подразделяются на холодноводных и тепловодных, а также группу космополитов. По образу жизни в водной среде (глубина, давление) организмы подразделены на планктонные, бентосные, глубоководные и мелководные.
Биотические факторы
Это факторы, контролирующие взаимоотношения организмов в популяциях или сообществах. Выделяют два основных типа таких отношений:
— внутривидовые — популяционные и межпопуляционные (демографические, этологические);
— межвидовые (хищник-жертва, паразитизм, симбиоз, комменсализм и др.).
Антропогенные факторы
Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу. Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание рудеральных мест обитания (мусорные свалки, пустыри) и отвалов, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т.п. Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось. В настоящее время судьба живого покрова нашей планеты и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.
Закон лимитирующих факторов
В совокупном давлении среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде основной закон минимума, сформулированный Ю.Либихом в 1840 г., касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими необходимыми агрохимическими веществами. Позднее (в 1909г.) закон минимума был истолкован Ф. Блекманом боле широко, как действие любого экологического фактора, находящегося в минимуме: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, особенно ограничивают возможность существования вида в данных условиях вопреки и, не смотря на оптимальное сочетание других отельных условий.
Кроме минимума в законе В. Шелфорда учитывается и максимум экологического фактора: лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Ценность концепции лимитирующих факторов заключается в том, что дается отправная точка при исследовании сложных ситуации. Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. Выявление ограничивающих факторов — ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. Например, в агроэкосистемах на сильно кислых почвах урожайность пшеницы можно увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающее влияние кислотности. Для успешного применения закона лимитирующих факторов на практике необходимо соблюдать два принципа. Первый — ограничительный, то есть закон строго применим лишь в условиях стационарного состояния, когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы. Второй — учитывает взаимодействие факторов и приспособляемость организмов. Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени.
Экологическое значение отдельных факторов для различных групп и видов организмов крайне разнообразно и требует грамотного учета.
Экологические ниши, их виды, пространство экологических факторов.
Экологическая ниша — место, занимаемое видом в биоценозе, включающее комплекс его биоценотических связей и требований к факторам среды. Термин введён в 1914 году Дж. Гриннеллом и в 1927 году Чарльзом Элтоном. В настоящее время определение Гриннелла принято называть пространственной нишей (по смыслу термин ближе понятию местообитание), а определение Элтона называют трофической нишей (экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке). В настоящее время доминирует модель гиперобъёма Дж. Э. Хатчинсона. Модель представлена как n-мерный куб, на осях которого отложены экологические факторы. По каждому фактору у вида есть диапазон, в котором он может существовать (экологическая валентность). Если провести проекции от крайних точек диапазонов каждой оси факторов, мы получим n-мерную фигуру, где n — количество значимых для вида экологических факторов. Модель в основном умозрительна, но позволяет получить хорошее представление об экологической нише. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:
фундаментальной — определяемой сочетанием условий и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популяцию;
реализованной — свойства которой обусловлены конкурирующими видами.
Допущения модели:
Реакция на один фактор не зависит от воздействия другого фактора;
Независимость факторов друг от друга;
Пространство внутри ниши однородное с одинаковой степенью благоприятности.
Это различие подчёркивает, что межвидовая конкуренция приводит к снижению плодовитости и жизнеспособности и что в фундаментальной экологической нише может быть такая часть, занимая которую вид в результате межвидовой конкуренции не в состоянии больше жить и успешно размножаться. Эта часть фундаментальной ниши вида отсутствует в его реализованной нише. Таким образом, реализованная ниша всегда входит в состав фундаментальной или равна ей.
Экологические факторы и ниша

«Средой называют все, что окружает организмы прямо, или косвенно влияет на их состояние, развитие, возможности выживания и размножения. Для организмов важен химический состав среды, её физическое состояние (температура, давление, уровень радиации, подвижность частиц, ионизация растворов, электрическое состояние). В состав среды входят и все другие организмы своего и других видов, прямо или косвенно контактирующие с данным видом. Различают абиотические и биотические экологические факторы» (Наумов, 1963, с. 31).
«Под экологическим фактором всегда понимается такое внешнее воздействие, которое поддается измерению и может быть выражено тем или иным числом…. В большинстве случаев под экологическим фактором подразумевается любое элементарное внешнее воздействие на популяцию, вид, экосистему (например, влажность, температура, количество осадков, давление воды, соленость (но не климат или глубина в море, которые могут быть разделены на составляющие)» (Нинбург, 2005). Говорят об элементарных и интегральных факторах (А. М. Гиляров, 1987). В отличие от экологической ниши, параметры которой активно отбираются или игнорируются организмами, слагающими популяцию, факторы среды (как биотические, так и абиотические) принято рассматривать как неизбежную сумму внешних воздействий. «По отношению к факторам принято различать эврибионтные и стенобионтные виды, т.е. виды с широкими или же узкими пределами выносливости» (Нинбург, 2005). Экотипы — генетически сложившиеся популяции одного вида, испытывающие различное действие факторов.
«Разные виды, популяции одного вида и особи, слагающие популяцию, даже если они обитают в одном месте, используют среду по-разному: проявляют активность в разное время суток, потребляют разную пищу, отличаются разными особенностями газового, солевого и минерального обменов, по-разному относятся к изменениям температуры. влажности, изменениям численности сопутствующих видов. В этом смысле говорят, что каждый вид, популяция и особь имеют «собственную среду». (Понятие «собственной среды» ввел в экологию Г. Никольский в 1955 году). «Собственная среда» представителей одного вида отличается незначительно, а «собственная среда» вида может быть уникальной и неповторимой. Для характеристики «собственной среды» вида в настоящее время употребляется понятие «экологическая ниша» (Наумов, 1963, с. 31).
Ю. Одум (1975): «Понятие экологической ниши относится не только к физическому пространству, занимаемому организмом, но также к его месту в сообществе, определяемому, в частности, источником энергии и периодом активности. Можно привести такую аналогию: местообитание — это «адрес» организма, экологическая ниша — это, образно говоря, «профессия». Полное описание экологической ниши вида вылилось бы в бесконечный ряд биологических характеристик и физических параметров. Поэтому наиболее полезной и качественно применимой является концепция экологической ниши, основанная на различиях между видами по одной или нескольким важным (то есть по «операционально значимым») характеристикам.
Краткое определение понятия «экологическая ниша» дала Л. Г. Наумова: «экологическая ниша вида — это совокупность потребностей в ресурсах, временного ритма «работы по профессии» (имеется в виду прежде всего тип питания — Э. В.) и занимаемого пространства». Экологическая ниша животных определяется прежде всего их типом питания (необходимыми ресурсами).
Например (Наумов, 1963), птицы-дуплогнездники, живущие в смешанных лесах Средней полосы России, питаются по-разному. «Пестрые дятлы питаются семенами древесных пород и личинками насекомых-ксилофагов, живущих в стволах деревьев; синицы собирают насекомых, их личинок и яйца с поверхности ствола и крупных ветвей (большие синицы) или с мелких ветвей и кустарников (гаички и длиннохвостые синицы), все синицы поедают мелкие семена деревьев и трав; мухоловки ловят преимущественно летных насекомых — мух, бабочек» (Наумов, 1963, с. 31).
(На синицах можно проиллюстрировать правило Хатчинсона — сосуществующие «симпатрические» виды при минимальной конкуренции различаются размерами морфологических признаков приблизительно в 1,3 раза (для веса — в 2 раза). Этим самым обеспечивается уникальный уровень обмена веществ для близких видов, что позволяет им жить на одной территории.
«Степные грызуны — слепцы, цокоры и слепушонки питаются корнями, корневищами, луковицами и другими подземными частями растений; суслики живут за счет луковиц, зеленых вегетативных частей растений и охотно поедают насекомых. Доля насекомых еще больше в пище тушканчиков и хомяков. Также отличается их отношение к климату, так как одни живут открыто, другие — в естественных убежищах (норах, дуплах); одни активны днем, другие — ночью, третьи — круглые сутки. Эти степные грызуны, хотя и могут жить в одном месте, практически существуют в совсем разных климатических условиях (Наумов, 1963).
«Задачей экологического исследования должно быть установление:
1) какие из факторов среды, в каком сочетании и при каких количественных значениях необходимы для осуществления того или иного основного процесса или жизненного цикла в целом, то есть определяют не только его количественную, но и качественную сторону и являются поэтому ведущими факторами;
2) какие сочетания факторов и их количественные значение определяют интенсивность процесса, то есть его количественную сторону;
3) какие факторы составляют нейтральный фон, на котором протекает явление, т.е. являются для него безразличными».
Различают:
абиотические и биотические факторы;
ведущие и второстепенные;
стабильные и изменяющиеся (последние — с периодичностью и без).
Экологическая ниша. Д. Хатчинсон «предложил рассматривать экологическую нише как некий объем внутри многомерного пространства всех воздействующих на популяцию факторов — как абиотических, так и биотических. При этом появляется возможность количественного описания ниши, пригодного для математических манипуляций» (Нинбург, 2005, с. 102 — 103). Экологическая ниша «включает в себя и расположение особей вида в пространстве, и его трофические связи, и его возаимоотношения с хищниками, конкурентами, паразитами и т.д.Под экологической нишей вида подразумевается его роль в экосистеме». Различают фундаментальную и реализованную экологические ниши популяции (Нинбург, 2005).
Многомерная экологическая ниша популяции складывается из двух осей — пространственной и трофической экологических ниш — популяция живет на их пересечении. Это (многомерная ниша) фундаментальная экологическая ниша — абстрактно заселенное пространство, когда вид не ограничен биологическими взаимодействиями (конкуренцией, хищничеством). В реальности вид живет в реализованной нише — пространстве, занимаемом при наличии биотических ограничений (Розенберг и др., 1999).
В экологии открыто несколько законов относительно функционирования экологических ниш (Краснощеков, Розенберг, 2002).
1) Гипотеза экологического дублирования Дедю: экологические ниши популяций функционально связаны в биоценозе. Иначе говоря, экологическая ниша является не только свойством вида, но и свойством сообщества — исчезнувший из сообщества вид замещается экологически эквивалентным. Иногда экологически эквивалентными могут быть даже не близкие таксономически виды — хищник может быть заменен на паразита, грызуны на копытных. Если вид исчез из биоценоза из-за антропогенного воздействия (уничтожен), то замена редко бывает эквивалентной: крупные животные заменяются мелкими, высоко организованные — низко организованными, генетически стабильные виды заменяется генетически лабильными. Особи измельчаются, но общее количество биомассы и продукции с единицы площади увеличивается. Скорость круговорота веществ и энергии в биоценозе увеличивается. (Метафорический пример с граммпластинкой. Показать роль крупных животных и консументов в целом в биоценозах как «замедлителей времени». Слоны никогда не дадут той биомассы и продукции с единицы площади, какую способны дать саранча и ещё более мелкие беспозвоночные).
2) Из правила экологического дублирования следует закон обеднения живого вещества в островных его сгущениях. (Закон Г. Ф. Хильми «закон невозможности заповедников»): «сложная индивидуальная экологическая система, окруженная средой с уровнем организации более низким, чем уровень самой системы, обречена: постепенно теряя структуру, система через некоторое время растворится в окружающей среде». Отсюда вывод для человеческой природоохранной деятельности: искусственное сохранение экосистем малого размера (на ограниченной территории, например, заповедника), ведет к их постоянной деструкции и не обеспечивает сохранения видов и сообществ.
3) Принцип конкурентного исключения Гаузе — два вида не могут существовать в одной экологической нише, если их экологические потребности совпадают. Гаузе открыл и доказал этот принцип на примере конкуренции двух видов инфузорий в 1934 г (Парамеция аурелия и парамеция кодатум)
4) Из принципа Гаузе вытекает правило представительства рода одним видом: в однородных условиях и на ограниченной территории таксономический род представлен, как правило, только одним видом. По-видимому, это связано с близостью экологических ниш видов одного рода.
5) Правило обязательной плотной упаковки экологических ниш. Оно распадается на два постулата. Во-первых, пустующая ниша всегда и обязательно естественно заполняется («природа не терпит пустоты»). Так, у североамериканских дятлов наблюдается изменение обычного местообитания на высоте 15 м в кроне деревьев до высоты 3-12 м в кроне деревьев в присутствии другого вида дятлов. Конкурирующие виды стремятся «разойтись», в освободившееся пространство «внедряется» новый вид насекомоядных птиц. Во-вторых, виды, заполняющие данную территорию, стремятся использовать все возможности для существования, представленные средой и биотическим окружением. Так, в бамбучниках острова Южного Сахалина нет мелких хищников (следствие «островного обеднения»), но их экологическая ниша заполнена серыми крысами — грызунами с хищническими наклонностями.
5.  Правило экотона, или краевого эффекта: на стыках биоценозов увеличивается число видов и особей в них, так как возрастает число экологических ниш из-за возникновения на стыках новых системных свойств.
Исторически имели значение следующие факторы при определении экологической ниши (Н. А. Формозов, 2006):
1. Дж. Гриннел (J. Grinell 1917, 1924, 1928). Положение вида в сообществе. Акцент был сделан на пространственное распределение и поведение (выбор условий обитания).
2. Ч. Элтон (C. Elton, 1927). Место в биотической среде, то есть функциональная роль в сообществе. Акцент был сделан на биотические отношения (пища, враги).
3. Л. Дайс (L. Dice, 1952). Адаптация с условиям местообитания. Акцент — на пространственное распределение.
4. Дж. Кларк (G. Clark, 1954). Подразделение на «функциональную нишу» и «нишу места».
5. Дж. Хатчинсон (G. Hatchinson, 1957). Под экологической нишей понимается весь диапазон условий, в котором живет и воспроизводит себя особь, популяция. Акцент сделан на пространственное распределение.
6. Ю. Одум (E. Odum, 1959). Положение, статус вида в структуре сообщества. Акцент сделан на функциональной роли в сообществе. Местообитание-адрес, а ниша — «профессия вида».
7. Э. Пьянка (E. Pianka, 1978). Вся совокупность адаптаций индивида к окружающей среде в широком смысле. Понятие используется в применении к особи, популяции, виду.
8. Т. Шёнер (T. Shoener, 1977). Экологическая ниша — это место вида (популяции) в структуре сообщества, определяемое его способностью осваивать среду.
Экологический критерий вида. Экологические закономерности, связанные с питанием животных
1.  Экологический критерий вида. Связь процесса видообразования с экологическими особенностями видов и подвидов животных.
2.  Экологические закономерности, связанные с питанием животных.
Н. П. Наумов (1963), С. С. Шварц (1980) и др. утверждают, что для животных, основным фактором, лимитирующим границы ареала вида и численность особей популяции, является доступность пригодной пищи. Встает вопрос — почему животные эволюционно не пошли по пути повышения всеядности? Среди животных есть фитофаги, зоофаги, и сапрофаги по типу питания. По степени специализации питания животные делятся на олигофагов и полифагов. Казалось бы, всеядность была бы выгоднее, но это не так. Почему?
Важнейшим условием непрерывности жизни является многообразие видов, что для животных особенно важно в связи с их гетеротрофностью. Среди ныне живущих на земле видов живых организмов животных больше, чем растений — за счет беспозвоночных. Из-за своей гетеротрофности животные больше, чем растения, зависят от среды. Количество солнечной энергии для определенной географической широты более или менее постоянный показатель, не принимая во внимание медленные климатические изменения «глобального» характера — похолодание конца мезозоя, плейстоценовые оледенения и т.д., поэтому для растений основными лимитирующими факторами выступают влага и минеральные вещества (Закон Либиха открыт на растениях).
Для животных, в отличие от растений, лимитирующими непостоянными внешними факторами выступают не только климатические условия и количества поступающих химических веществ, но и общее количество энергии (так называемая «общая калорийность пищи»). «Калорийное голодание», в той или иной степени — обычное состояние популяции. (Так, особь хронически голодающей популяции (мелкие мышевидные грызуны), способна при обильном и полноценном питании всего за сутки довести биохимические показатели до нормы и сделать запасы гликогена в печени.
Пищевая специализация животных — и причина, и следствие их видового многообразия. В настоящее время в биологии существует так называемый «тройной критерий вида»: 1) виды генетически изолированы («нескрещиваемость»); 2) между самыми близкими видами всегда обнаруживается хиатус («хиатус» — лат. — «отверстие», в биол. смысле — расхождение, изоляция); 3) виды обладают самостоятельным ареалом. О «тройном критерии» вида принято говорить в биологии, на самом деле критерий вида является двойным (генетическая и экологическая изоляция — нескрещиваемость и видовой ареал). Виды часто представлены рядом форм, или подвидов, которые тоже имеют свои ареалы, но теоретически генетически не изолированы. Один подвид не может существовать в ареале другого подвида, так как в результате скрещивания они сольются в единое целое. Основной тип видообразования — географическое видообразование.
Экологическую специфику питания, отличающую близкие по происхождению виды, можно проиллюстрировать на примере молодых субарктических видов животных и их более древних исходных форм, имеющих северные популяции.
Географическая форма (а иногда — подвид) превращается в вид в результате случайно возникающих генетических изменений, делающих невозможным скрещивание с близкими подвидами. Возникает так называемый фактор наследственной несовместимости (различия в числе хромосом, генетически обусловленные различия в репродуктивном поведении, депрессия развития гибридного зародыша в результате иммунологической реактивности скрещивающихся животных, отличающихся химическими особенностями внутренней среды организма. (Вообще, межвидовые гибриды довольно часто естественно встречаются в природе — жабы рода буфо, рептилии рода випера — гадюки, гюрзы; среди птиц гибридизируются колибри, голуби, дятлы, гуси-лебеди. Гибриды млекопитающих: кидус — гибрид соболя и куницы, известны гибриды хоря и норки, гибриды волка, собаки и койота, гибриды зайцев-русаков и зайцев-беляков — зайцы-тумаки, благородного оленя и лани, пятнистого оленя и изюбря, зубра и домашнего крупного рогатого скота).
Гибриды, несмотря на «взрыв» жизненной силы первого поколения, всегда отличаются меньшей, по сравнению с особями изначальных видов, приспособленностью к внешним условиям и элиминируются из популяций, поэтому относительно малочисленны. Такие гибриды часто встречаются в смешанных ландшафтах. Предполагают, что ранее виды были географически (экологически) изолированы, а соприкосновение ареалов и гибридизация явились следствием вырубания лесов, то есть следствием вмешательства человека в естественные биоценозы. Географическая изоляция этих форм произошла давно. Продолжительность их самостоятельного существования измеряется десятками и даже сотней тысячелетий.
Любой вид животного экологически специфичен, всегда приспособлен к определенным условиям среды, и даже наивысшая экологическая пластичность — это одна из форм специализации. Если сравнить специализированные виды животных, обитающие в Субарктике, то можно увидеть большую приспособленность тундровых видов животных по сравнению с северными географическими формами широко распространенных видов. Специализированные субарктические виды — это так называемые виды-автохтоны (автохтон — исконное население страны), молодые виды, исторически возникшие недавно, в основном, в результате географического видообразования.
Автохтонны северный олень, сибирский лемминг, песец, овцебык, полевка Миддендорфа, полярная сова. В сравнении с северными формами благородного оленя или лося, северной формой узкочерепной полевки (микротус грегалис), субарктическими подвидами лисицы, молодые северные виды полнее, чем северные популяции широко распространенных видов, используют ресурсы среды при меньших затратах энергии, полнее осваивают разнообразные биотопы, имеют более высокую численность, способны размножаться зимой, автономны в ритмике жизнедеятельности от условий внешней среды, при этом их приспособленность скорее биохимическая, чем морфофизиологическая. (Северные популяции широко распространенных видов «платят» за северное проживание укрупнением сердца и почек, повышением уровня гемоглобина в крови.
Типичные полярные виды поддерживают энергетический баланс без ярко выраженных морфофункциональных приспособлений. Специализированные пустынные и горные виды, также, как и специализированные арктические виды, приспособлены к экстремальным условиям проживания, в основном на тканевом и биохимическом уровне, а не на уровне морфологии внутренних органов. Эту закономерность можно проиллюстрировать правилом Бергмана: при продвижении на север животные самых разных систематических групп становятся крупнее, в связи с чем происходит экономия энергии на теплоотдачу. Новые северные виды крупнее близких по происхождению умеренно климатических, северные же популяции широко распространенных видов мельче своих южных собратьев по виду.
Северные виды мелких хищных млекопитающих и северные популяции хищных птиц употребляют большую долю животных кормов. Северные олени живут крупными стадами, что снижает затраты на ориентацию и защиту от нападений естественных врагов. Их питание — олений мох (который, в действительности — лишайник). Северные мышевидные грызуны — лемминги — размножаются не только в период вегетации трав, но и в зимний период. Они — основа питания песцов и полярных сов. Пищевые цепи Арктики короткие, животные, которые входят в них, подвержены резким колебаниям численности — от сверхизобилия до почти полного исчезновения. Закономерность наблюдается из-за 1) общей низкой продуктивности биомассы, 2) отсутствия разнообразия автотрофов. Восстановление численности арктических автохтонов происходит гораздо быстрее, чем у видов умеренного климата, имеющих северные популяции.
Схема процесса видообразования (по С. С. Шварцу):
1.  Развитие популяции в своеобразной среде.
2.  Возникновение необратимых морфофизиологических особенностей, изменяющих отношение популяции к среде.
3.  Прогрессирующее приспособление. Развитие тканевых адаптаций.
4.  Репродуктивная изоляция, ведущая к тканевой несовместимости.
5.  Видообразование.

Популяция как форма существования вида. Биоценоз как биологическая система, трофическая и пространственная структуры биоценоза.
Компоненты экосистем
Основу любой экосистемы составляют живые организмы (живое вещество, биота), которые характеризуются биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов.
Условия жизни в экосистемах называют биотопом (местообитание), а все его взаимодействующее живое население биоценозом (сообщество). Биоценоз и биотоп функционируют в непрерывном единстве. Биотоп служит для организмов источником средств жизни (минеральных солей, влаги, углекислоты, кислорода, энергии и т.п.), и в него же они выделяют продукты своей жизнедеятельности (листовой опад, экскременты, органические кислоты, влагу, газы и др.). Биотоп может обладать богатыми условиями и предоставлять возможность поселения в нем большому числу организмов, а может быть таким, что видовой состав обитателей будет невелик. То есть от биотопа зависит степень сложности структуры экосистем, направление и типы взаимосвязей между организмами, темп и скорость круговорота веществ. В тоже время каждый конкретный биоценоз всегда преобразует свой биотоп. Таким образом, биотоп это некое географическое пространство, место (экотоп) преобразованный биоценозом для «себя».
Виды существуют в природе всегда в форме популяций. Популяция, в экологии, во-первых, – это совокупность особей одного вида, в течение достаточно долгого времени занимающая определенное пространство и способная к самовоспроизведению; во-вторых, это особая биологическая система, характеризующаяся такими свойствами как рождаемость, смертность, численность, плотность и т.д.
В зависимости от особенностей экологии вида внутри популяции выделяют группировки разной соподчиненности. Так Н. П. Наумов (1963 г.) выделяет три внутривидовые группировки разных категорий: географические, экологические и элементарные.
Географическая популяция (подвид) — группа особей, населяющая территорию с географически однородными условиями существования. Например, ареал узкочерепной полевки простирается от зоны тундры до степной зоны. Географические популяции этой полевки, обитающие в разных районах, весьма существенно отличаются между собой по физиологии и размерам зверьков. Тундровые особи крупнее, немного раньше начинаются размножаться, обладают более высокой плодовитостью и способностью накапливать больше жира. Отличия настолько заметны, что длительное время эти группы считали разными видами. Однако, как показали эксперименты, обе формы полевок легко скрещиваются и дают плодовитое потомство (следовательно, принадлежат к одному виду).
Экологическая популяция (местная, локальная, экотип, ценопопуляция) — группировка внутри географических популяций, приспособленная к конкретному биогеоценозу, т.е. к одному типу местообитания. Каждая из групп слабо изолирована от других экологических популяций, но имеет особые черты, отличающие ее, от соседней популяции. Например, в Подмосковье серая полевка образует две четко выраженные экологические популяции, определенные своеобразием условий местообитания. Одна заселяет луга, пашни, поля злаковых культур, т.е. живет в условиях обильного летнего корма и хорошо прогреваемых рыхлых почв, что увеличивает их плодовитость (9-12 детенышей). Наступление осени, которая сопровождается уборкой урожая на полях, перепахиванием земли вместе с гнездами и запасами пищи, заставляет зверьков мигрировать в другие места. Все эти явления сводят на нет летнее увеличение количества зверьков в популяции. То есть, несмотря на высокую плодовитость особей “пашенной” популяции, численность ее из года в год не повышается. И такое существующее резкое сезонное колебание численности является характерной чертой данной популяции. Другая популяции, которая обитает среди кустарников, на опушках и небольших лесных полянах, не имеет больших колебаний численности. Равномерное распределение кормов в течение лета уберегает эту популяцию от высокой плодовитости летом и от массовой гибели осенью и зимой.
Появление разных экологических популяций может произойти и из-за несовпадения стадий развития или особенностей питания. Так ивовый листоед часто в биогеоценозе представлен в виде ивовой и березовой популяции, каждая из которых приобрела своеобразный набор пищеварительных ферментов.
Микропопуляции (элементарные популяции) — это мелкие пространственные группировки внутри экологической популяции, соответствующие многообразным условиям среды в биогеоценозе. Между микропопуляциями отличия малы и проявляются они в генетическом своеобразии, фенологических особенностях, способности к накоплению питательных веществ, интенсивности обмена, в характере поведения. Однако частое смешение особей из разных микропопуляций, постоянно происходящее в природе (при встречах близ водопоя, в связи с миграциями, а у растений при перекрестном опылении) приводит к стиранию внешних различий между ними.
Не у всех видов наблюдается весь этот ряд популяционных группировок, различны и масштабы групп и территорий. Но во всех случаях у особей, совместно обитающих на общей территории, сохраняются общность жизненного ритма, единство морфофизиологического типа и одинаковая роль в биогеоценозе.
Наиболее важные показатели характеристики популяций
1. Половая структура (половой состав) — соотношение числа особей разного пола (особенно у видов с преобладающих половым размножением). Процентное соотношение половых групп иногда может служить индикатором условий существования популяции. Факторы среды могут повлиять на пол будущего потомства. Например, у рыжих лесных муравьев из яиц, отложенных при температуре ниже 25° С, развиваются только самцы, а при боле высоких – почти одни самки.
2. Возрастная структура — соотношение различных возрастных групп. При этом важным является изменение этого соотношения в разные сезоны года, при сменах биогеоценозов, а также скорость обновления популяции и взаимодействие возрастных групп с окружающей средой и особями данной популяции. В популяциях различают несколько когорт (групп).
У растений Т. А. Роботнов (1978 г.) выделяет 4 кагорты:
1. латентная — включает все зачатки организмов в виде семен, спор, плодов и отдельных почек возобновления;
2. виргинальная — включает всходы, ювенилы (молодые) и прематурные организмы (взрослые);
3. генеративная — включает взрослые, половозрелые особи (способны цвести и плодоносить);
4. сенильная (старческая) — включает растения, утратившие (в следствии старости), способность к генеративному размножению.
Количественное соотношение возрастных групп служит индикатором состояния популяции, и ее будущего в экосистемах. Если большинство особей той или иной популяции проходят все стадии развития от рождения до смерти, то данная популяция считается нормальной. Если популяция представлена лишь в виде семян, зачатков и проростков или не достигших половой зрелости организмов, то она считается инвазионной. Если большинство особей популяции являются старыми, то она принадлежит к числу регрессивных.
3. Территориальная структура (пространственная организация) — определенное размещение особей популяции на территории, которая предоставляет ей средства для жизни. Она способствует наиболее полному использованию ресурсов территории.
Пространственное распределение особой той или иной популяции во многом зависит от характера биотических взаимодействий организмов и от того, насколько неоднородна среда обитания. Выделяют три типа распределения организмов в пределах территории, занятой одной популяцией: равномерное, случайное и групповое.
Равномерное – нахождение друг от друга приблизительно на равном расстоянии. В природе встречается нечасто и обычно возникает в условиях сильной конкуренции или антагонизма между особями. Например, в старом ельнике деревья удалены друг от друга на равном расстоянии, так как в затененной кронами области развитие проростков не происходит.
Случайное — обычно наблюдается в однородной среде, где организмы не стремятся объединиться в группы. Например, распределение большого мучного хрущика в муке.
Групповое (мозаичное) распределение характеризуется неравномерным распределением особей, при котором используется лишь часть ресурсов территории (остальное пространство может выступать в качестве возможного резерва). Наблюдается чаще в неоднородной среде (теплые и холодные склоны) и у организмов, которым свойственно совместное проживание (у вегетативно размножающихся растений, и др.).
Необходимо отметить, что для нормального существования растениям и животным совершенно необходимо “личное пространство”. Утрата или ограничение своей территории может привести к гибели особи. И это особенно четко выражено у взрослых организмов.
При изучении популяций животных большое значение имеет и поведенческая (этиологическая) структура и внутривидовые взаимоотношения.
Основными демографическими характеристиками популяций

Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности. Рождаемость бывает теоретической (когда отсутствуют лимитирующие факторы) и реализованной. Обычно в природе наблюдаются реализованная рождаемость (экологическая рождаемость), свидетельствующая о состоянии популяции в зависимости от условий окружающей среды. Например, если в кладке 500 яиц, а оперилось всего 250 птенцов, то реализованная рождаемость составила только 50% от максимальной. Величина рождаемости зависит от многих причин (от видовых физиологический особенностей, от соотношения полов и возрастных групп популяции). Обычно для видов, которым не свойственна забота о потомстве, характерна высокая теоретическая (потенциальная) и низкая реальная рождаемость. В то время как у видов, оберегающих свое потомство, плодовитость резко понижена. По реализованной рождаемости характеризуется состояние популяции в данных условиях.
Смертность — отражает естественную и случайную гибель в популяции. “Реализованная смертность” является показателем гибели особей в конкретных условиях. Эта величина не постоянна и изменяется в зависимости от условий окружающей среды и состоянии популяции. Смертность особей в разных возрастных группах является с одной стороны свойством вида, с другой – показателем неблагополучия условий существования в данной среде обитания.
Плотность популяции – эта величина популяции, соответствующая некоторой единице пространства. Обычно плотность выражается средним числом особей на единицу площади или объема. При исследовании плотности популяции используются такие показатели как: обилие особей, встречаемость, уловистость, процент проективного покрытия. Все эти показатели выявляются методом пробных площадок, отловом, тотальным учетом и др. с последующим расчетом средней величины.
Численность – это показатель количества особей популяции на единицу площади или объема. Поддержание оптимальной численности называют гомеостазом популяции. Гомеостаз во многом зависит от экологической емкости биотопа, а также от биологических свойств самого вида и биологического потенциала популяции (теоретический максимум потомков). Любая популяция никогда не находится в состоянии абсолютной уравновешенности числа особей.
При оценке численности важно знать динамику численности, под которой понимается периодические и непериодические изменения количества особей, возникающие под влиянием внутренних свойств вида или внешних экологических факторов среды обитания. Численность никогда не бывает постоянной. Могут наблюдаться сезонные колебания численности и вспышки размножения.
Биоценоз — совокупность популяций растений, животных и микроорганизмов. Место, занимаемое биоценозом, называется биотоп. Видовая структура биоценоза охватывает все проживающие в нем виды. Пространственная структура включает вертикальную структуру — ярусы и горизонтальную — микроценозы и микроассоциации. Трофическую структуру биоценоза представляют продуценты, консументы и редуценты. Перенос энергии от одного вида к другому путем их поедания называется пищевой (трофической) цепью. Место организма в цепи питания, связанное с его пищевой специализацией, носит название трофического уровня. Трофическая структура биоценоза и экосистемы обычно отображается графическими моделями в виде экологических пирамид. Различают экологические пирамиды чисел, биомасс и энергии. Скорость фиксации солнечной энергии определяет продуктивность биоценозов. Совокупность факторов среды, в пределах которых обитает вид, называется экологической нишей. Тенденция к увеличению разнообразия и плотности живых организмов на границах биоценозов (в экотонах) называется краевым эффектом.
Понятие биоценоза

Организмы не обитают на Земле как независимые особи. Они образуют в природе закономерные комплексы. Немецкий гидробиолог К. Мёбиус в конце 70-х гг. XIX в. изучал комплексы донных животных — скопления устриц (устричные банки). Он наблюдал, что вместе с устрицами здесь встречались и такие животные, как морские звезды, иглокожие, мшанки, черви, асцидии, губки и др. Ученый сделал вывод, что эти животные живут совместно, в одном местообитании, не случайно. Они нуждаются в тех же условиях, что и устрицы. Такие группировки появляются благодаря сходным требованиям к факторам окружающей среды. Комплексы живых организмов, постоянно встречающихся вместе в различных пунктах одного и того же водного бассейна при наличии одинаковых условий существования, Мёбиус назвал биоценозами. Термин «биоценоз» (от греч. bios — жизнь и koinos — общий) был введен им в научную литературу в 1877 г.
Заслуга Мёбиуса в том, что он не только установил наличие органических сообществ и предложил для них название, но и сумел раскрыть многие закономерности их формирования и развития. Тем самым были заложены основы важного направления в экологии — биоценологии (экология сообществ).
Биоценотический уровень — второй (после популяции) над- организменный уровень организации живых систем. Биоценоз — это довольно устойчивое биологическое образование, обладающее способностью к самоподдержанию своих природных свойств и видового состава при внешних воздействиях, вызываемых изменениями климатических и других факторов. Устойчивость биоценоза определяется не только устойчивостью входящих в него популяций, но и особенностями взаимодействия между ними.
Биоценоз — это исторически сложившиеся группировки растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющие относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема).
Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но известно, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
Следует отметить, что термин «биоценоз» получил распространение в научной литературе на немецком и русском языках, а в англоязычных странах ему соответствует термин «сообщество» (community). Однако, строго говоря, термин «сообщество» не является синонимом термину «биоценоз». Если биоценоз можно назвать многовидовым сообществом, то популяция (составная часть биоценоза) — это одновидовое сообщество.
В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории — фитоценоз (от греч. phyton — растение); совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, — зооценоз (от греч. zoon — животное); микробоценоз (от греч. mikros — малый + bios — жизнь) — совокупность микроорганизмов, населяющих почву. Иногда в качестве отдельного составляющего элемента в биоценоз включают микоценоз (от греч. mykes — гриб) — совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.
Однородное природное жизненное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп — неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Биоценоз и биотоп тесно взаимодействуют между собой.
Масштабы биоценозов могут быть различными — от сообществ лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т.д.
В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на него. Например, многие насекомые размножаются в водоемах, где служат важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, но и на прилегающих лугах или болотах.
Видовая структура биоценоза
Видовая структура биоценоза — это совокупность составляющих его видов. В одних биоценозах могут преобладать животные виды (например, биоценоз кораллового рифа), в других биоценозах главную роль играют растения: биоценоз пойменного луга, ковыльной степи, елового, березового, дубового леса. Количество видов (видовое разнообразие) в различных биоценозах разное и зависит от их географического положения. Самая известная закономерность изменения видового разнообразия — его уменьшение от тропиков в сторону высоких широт. Чем ближе к экватору, тем богаче и разнообразнее флора и фауна. Это относится ко всем формам жизни, от водорослей и лишайников до цветковых растений, от насекомых до птиц и млекопитающих.
В дождевых лесах бассейна Амазонки на площади около 1 га можно насчитать до 400 деревьев более чем 90 видов. Кроме этого, многие деревья служат опорой для других растений. На ветвях и стволе каждого дерева произрастают до 80 видов эпифитных растений.
Примером видового разнообразия может служить один из вулканов на Филиппинах. На его склонах произрастает больше древесных видов, чем на всей территории США!
В отличие от тропиков биоценоз соснового леса в условиях умеренной зоны Европы может включать максимум 8-10 видов деревьев на 1 га, а на севере таежной области на такой же площади присутствуют 2-5 видов.
Наиболее бедными по набору видов биоценозами являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми — тропические леса. В тропических лесах Панамы обитает в три раза больше видов млекопитающих и птиц, чем на Аляске.
Простым показателем разнообразия биоценоза является общее число видов, или видовое богатство. Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность, численность или обилие), то такой вид называется доминантом, или доминирующим видом (от лат. dominans — господствующий). Доминантные виды есть в любом биоценозе. Например, в ельнике ели, используя основную долю солнечной энергии, наращивают наибольшую биомассу, затеняют почву, ослабляют движение воздуха и создают массу неудобств для жизни других обитателей леса.
Пространственная структура биоценоза
Виды могут по-разному распределяться в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания. Такое распределение видов, составляющих биоценоз, в пространстве называется пространственной структурой биоценоза. Различают его вертикальную и горизонтальную структуры.
Вертикальная структура биоценоза образована отдельными его элементами, особыми слоями, которые называются ярусами. Ярус — совместно произрастающие группы видов растений, различающиеся по высоте и положению в биоценозе ассимилирующих органов (листья, стебли, подземные органы — клубни, корневища, луковицы и т.п.). Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами). Наиболее четко ярусность выражена в лесных биоценозах (рис. 1).
Первый, древесный, ярус обычно состоит из высоких деревьев с высоко расположенной листвой, которая хорошо освещается солнцем. Неиспользованный свет может поглощаться деревьями, образующими второй, подпологовый, ярус.
Ярус подлеска составляют кустарники и кустарниковые формы древесных пород, например орешник, рябина, крушина, ива, яблоня лесная и т.п. На открытых местах в нормальных экологических условиях многие кустарниковые формы таких пород, как рябина, яблоня, груша, имели бы вид деревьев первой величины. Однако под пологом леса, в условиях затенения и нехватки элементов питания, они обречены на существование в виде низкорослых, зачастую не лающих семян и плодов деревцев. По мере развития лесного биоценоза такие породы никогда не выйдут в первый ярус. Этим они отличаются от следующего яруса лесного биоценоза.

Рис. 1. Ярусы лесного биоценоза
К ярусу подроста относятся молодые невысокие (от 1 до 5 м) деревца, которые в перспективе смогут выйти в первый ярус. Это так называемые лесообразующие породы — ель, сосна, дуб, граб, береза, осина, ясень, ольха черная и др. Данные породы могут достичь первого яруса и образовать биоценозы со своим господством (лесные массивы).
Под пологом древесных и кустарниковых пород располагается травяно-кустарничковый ярус. Сюда относятся лесные травы и кустарнички: ландыш, кислица, земляника, брусника, черника, папоротники.
Напочвенный слой мхов и лишайников формирует мохово-лишайниковый ярус.
Итак, в лесном биоценозе выделяются древостой, подлесок, подрост, травяной покров и мохово-лишайниковый ярус.
В состав ярусов не включают лианы, эпифиты (растения, проживающие на других растениях, но не являющиеся паразитами, например мхи и лишайники на стволах деревьев), а также растения-паразиты, которые выделяются в группу внеярусной растительности, поскольку отнести их к какому-либо конкретному ярусу затруднительно. В лесах умеренного пояса можно выделить 2-3 (реже больше) яруса. В тропических лесах ярусы выделить довольно сложно, хотя разные виды деревьев характеризуются разной высотой.
Подобно распределению растительности по ярусам, в биоценозах разные виды животных также занимают определенные уровни. В почве живут почвенные черви, микроорганизмы, землеройные животные. В листовом опаде, на поверхности почвы обитают различные многоножки, жужелицы, клещи и другие мелкие животные. В верхнем пологе леса гнездятся птицы, причем одни могут питаться и гнездиться ниже верхнего яруса, другие — в кустарниках, а третьи — возле самой земли. Крупные млекопитающие обитают в нижних ярусах.
Ярусность присуща биоценозам океанов и морей. Разные виды планктона держатся различной глубины в зависимости от освещения. Разные виды рыб обитают на разной глубине в зависимости от того, где они находят себе пропитание.
Особи живых организмов распределены в пространстве неравномерно. Обычно они составляют группировки организмов, что является приспособительным фактором в их жизни. Такие группировки организмов определяют горизонтальную структуру биоценоза — горизонтальное распределение особей, образующих различного рода узорчатость, пятнистость каждого вида.
Примеров такого распределения можно привести множество: это многочисленные стада зебр, антилоп, слонов в саванне, колонии кораллов на морском дне, косяки морских рыб, стаи перелетных птиц; заросли тростников и водных растений, скопления мхов и лишайников на почве в лесном биоценозе, пятна вереска или брусники в лесу.
К элементарным (структурным) единицам горизонтального строения растительных сообществ относятся микроценоз и микрогруппировка.
Микроценоз (от греч. micros — малый) — наименьшая по размерам структурная единица горизонтального расчленения сообщества, в которую входят все ярусы. Почти каждое сообщество включает комплекс микросообществ или микроценозов.
Микрогруппировка — сгущение особей одного или нескольких видов в пределах яруса, внутриярусные мозаичные пятна. Например, в моховом ярусе можно выделить различные пятна мхов с доминированием одного или нескольких видов. В травяно-кустарничковом ярусе встречаются черничные, чернич- но-кисличные, голубично-сфагновые микрогруппировки.
Наличие мозаичности имеет важное значение для жизни сообщества. Мозаичность позволяет более полно использовать различные тины микроместообитаний. Особям, образующим группировки, свойственна высокая выживаемость, они наиболее эффективно используют пищевые ресурсы. Это ведет к увеличению и разнообразию видов в биоценозе, способствует его устойчивости и жизнеспособности.
Трофическая структура биоценоза
Взаимодействие организмов, занимающих определенное место в биологическом круговороте, называется трофической структурой биоценоза.
В биоценозе различают три группы организмов.
1. Продуценты (от лат. producens — производящий) — организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды и двуокиси углерода) все необходимые для жизни органические вещества, используя солнечную энергию (зеленые растения, цианобактерии и некоторые другие бактерии) или энергию окисления неорганических веществ (серобактерии, железобактерии и др.). Обычно под продуцентами понимают зеленые хлорофиллоносные растения (автотрофы), дающие первичную продукцию. Общий вес сухого вещества фитомассы (массы растений) оценивается в 2,42 х 1012 т. Это составляет 99 % всего живого вещества земной поверхности. И лишь 1 % приходится на долю гетеротрофных организмов. Поэтому только растительности планета Земля обязана существованию на ней жизни. Именно зеленые растения создали необходимые условия для появления и существования вначале разнообразных доисторических животных, а затем и человека. Погибая, растения аккумулировали энергию в отложениях каменного угля, торфе и лаже нефти.
Растения-продуценты дают человеку пищу, сырье для промышленности, лекарства. Они очищают воздух, задерживают пыль, смягчают температурный режим воздуха, приглушают шумы. Благодаря растительности существует то огромное разнообразие животных организмов, которыми населена Земля. Продуценты составляют первое звено в пищевой цени и лежат в основе экологических пирамид.
2. Консументы (от лат. consumo — потребляю), или потребители, — гетеротрофные организмы, которые питаются готовым органическим веществом. Консументы сами не могут строить органическое вещество из неорганического и получают его в готовом виде, питаясь другими организмами. В своих организмах они преобразуют органику в специфические формы белков и других веществ, а в окружающую среду выделяют образующиеся в процессе их жизнедеятельности отходы.
К консументам (потребителям) относятся животные и человек, а также растения-паразиты, которые в своих клетках не имеют хлорофилла и не могут самостоятельно образовывать органические вещества.
Кузнечик, заяц, антилопа, олень, слон, т.е. травоядные животные, — это консументы первого порядка. Жаба, схватившая стрекозу, божья коровка, питающаяся тлей, волк, охотящийся за зайцем, — все это консументы второго порядка. Аист, поедающий лягушку, коршун, уносящий в небо цыпленка, змея, заглатывающая ласточку, — консументы третьего порядка.
3. Редуценты (от лат. reducens, reducentis — возвращающий, восстанавливающий) — организмы, разрушающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганические вещества, а их, в свою очередь, усваивают другие организмы (продуценты).
Основными редуцентами являются бактерии, грибы, простейшие, т.е. находящиеся в почве гетеротрофные микроорганизмы. Если снижается их активность (например, при использовании человеком пестицидов), ухудшаются условия для продукционного процесса растений и консументов. Мертвые органические остатки, будь то древесный пень или труп какого-либо животного, не исчезают в никуда. Они подвергаются гниению. Но мертвая органика не может перегнить сама по себе. В качестве «могильщиков» выступают редуценты (деструкторы, разрушители). Они окисляют мертвые органические остатки до С02, Н20 и простых солей, т.е. до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ, тем самым замыкая его.

Популяция как биологическая система. Целостность и устойчивость популяций, механизмы авторегуляции. Адаптации, направленные на поддержание популяционного гомеостаза. Особенности приспособления к меняющимся условиям жизни на уровне популяций.

Популяция (популюс — лат. «народ», «население») — население вида на определенной территории.
И. А. Шилов. Экология (2000), с. 232: «Популяция как биологическая система характеризуется появлением специфических свойств, которыми не обладают отдельные организмы данного вида. Так, только на популяционном уровне выявляются такие свойства, как численность и плотность населения, половой и возрастной состав, уровень размножения и смертности и др. По этим и другим признакам популяция качественно отличается от организменного уровня организации биологических систем. Так, популяция не имеет свойственной организмам морфологической ограниченности от среды и от других популяций; в ее строении не вычленяются морфологически отличающиеся части, аналогичные физиологическим функциональным системам организма; интеграция функций отдельных особей, составляющих популяцию, осуществляется качественно иным путем, чем интеграция функций в организме. Организм, как биологическая система, относительно недолговечен, популяция же при сохранении необходимых условий практически бессмертна».
У популяции, как биологической системы, имеются характерные черты, сходные с таковыми отдельного организма:
 — структурированность;
 — интегрированность составных частей (целостность);
 — авторегуляция;
 — способность к адаптивным реакциям.
Эти особенности свойственны и для экосистем иного уровня, вплоть до биосферы в целом.
А. В. Яблоков. Популяционная биология. М., «Высшая школа», 1987. «Учение о популяциях — молодая ветвь биологической науки. Впервые глава о популяциях появилась в книге У. Олли в 1949 г. (W.Allee). В нашей стране с популяционной точки зрения морфология млекопитающих начала изучаться с конца 50-х г., (Наумов, Шварц, Шилов, Яблоков). Учение о популяциях было подготовлено работами Н. В. Тимофеева-Ресовского. Позже появились работы по популяционной экологии и генетике.
Для чего нужно было вводить понятие «популяция» в биологическую науку? До 40-х — 50-х г. ХХ века популяцией называли любую группу особей. С появлением учения о микроэволюции стала ясной роль популяции как элементарной эволюционирующей единицы (законам микроэволюции подчиняются не отдельные организмы, а популяции; эти законы носят статистический, вероятностный характер; для популяций эти законы и были обнаружены).
С.6. «Популяцию можно определить как
1) всегда  относительно  изолированнную  совокупность особей  одного вида,
2) в течение  длительного времени (большого числа поколений) населяющуючасть видового ареала,
 3) способную к неограниченно долгому (в масштабах вида) самостоятельному существованию 
4) и обладающую, поэтому, собственной эволюционной «судьбой». Это определение — Алексея Владимировича Яблокова (1987).
Свойства популяционной группы по Ю. Одуму (1975): Популяция — группа особей одного вида, занимающая определенную территорию, важно, что особи, слагающие её, могут обмениваться генетической информацией (не дословно). Популяцию определяют через статистические функции, эти функции характеризуют группу как целое, а не отдельных особей, входящих в группу. Вот некоторые из статистических признаков популяции: плотность, рождаемость, смертность, распределение организмов по возрастам, биотический потенциал (возможности), характер распределения в пределах территории, тип роста. Генетические характеристики популяции непосредственно связаны с их экологией, а именно: способностью к адаптации, репродуктивной (дарвиновской) приспособленностью и устойчивостью, те.е способностью в течение длительного периода производить потомство (Сам Одум привел определение Добржанского).
Биологические особенности популяции (как любой живой системы) — наличие жизненного цикла популяции, ее способность к росту, дифференцировке и самоподдержанию. Популяция, как система, в которую входят подсистемы — живые организмы, имеет организацию и структуру, которые можно описать. Сама популяция, как система, входит в систему более высокого ранга — зооценоз, который, в свою очередь, входит в биоценоз, входящий, в конечном счете, в биосферу.
Система — множество закономерно связанных между собой элементов (предметов, явлений, знаний) представляющее собой целостное образование, единствоНапр., кровеносная система, Солнечная система, экосистема, система управления полетами и т. д.
Свойства какой-либо системы:
1) система как целое — по своим возможностям «больше» суммы слагаемых элементов, т.е. в системе возникают сверсуммативные свойства (эмерджентность);
2) связи между элементами, формирующие структуру системы, не менее важны для осуществления системной функции, чем сами элементы;
3) обладает способностью к исполнению какой-либо функции (целенаправленность);
4) согласованность действий компонентов системы;
5) приоритет «интересов» системы над «интересами» элементов;
6) надёжность — способность к продолжению работы при выходе из строя отдельных компонентов;
7) интегративность — наличие системообразующих и системосохраняющих факторов.
Выполняя функцию, система взаимодействует с внешней средой, адаптируясь к ней. Система «входит» во внешнюю среду, как подсистема — в систему более высокого уровня. 
Такая система — открытая, она обменивается веществом, энергией и информацией с системой более высокого уровня и способна к самоорганизации. Пример открытой системы — развитие растенияв открытом грунте (цветок).
Сложная система, состоящая из множества взаимодействующих составляющих (подсистем), вследствие чего сложная система обладает свойствами, которые отсутствуют на подсистемном уровне. Например, организм, как сложная система, включает в свой состав нервную систему, кровеносную, гуморальную, выделительную, половую, пищеварительную и т.д.
В закрытых системах какой-либо обмен энергией, веществом и информацией с окружающей средой отсутствует. Для закрытых систем характерно увеличение беспорядка (по второму закону термодинамики). Пример закрытой системы — система минерального питания растения, растущего в горшке или с помощью гидропоники.
В результате самоорганизации в системе формируются неравновесные структуры.
Неравновесные структуры — такие структуры, для которых характерна фундаментальная неопределенность путей развития, с достижением альтернативной множественности стационарных состояний.
Свойства, которыми обладает популяция, но которые бессмысленны для отдельных организмов: уровень рождаемости, смертности, возрастная структура, генетическая приспособленность. Все популяционные признаки можно разделить на две категории: 1) признаки, связанные с количественными соотношениями и структурой; 2) признаки, характеризующие генетические особенности популяции.
Есть и другие определения популяции, которые подчеркивают как наиболее важные те или иные свойства популяционной группировки особей.
«Популяция — элементарная форма существования вида» — С. С. Шварц. (В виде отдельных особей вид существовать не может, «Лох-Несское чудовище» — порождение человеческой бессознательной психики).
«Популяция — элементарная единица эволюционного процесса» — И. И. Шмальгаузен.
Популяции разных видов животных имеют более или менее стабильные видоспецифические характеристики: отличаются структурой, величиной, экологическими и генетическими параметрами, уровнем связей между собой.
Структурные признаки разных популяций одного вида животных или растений также могут варьировать. (Например, две близлежащие популяции могут отличаться степенью связи между собой: популяции могут постепенно переходить одна в другую или, напротив, быть строго отграниченными. Скажем, с появлением Берингового пролива, две популяции Белки обыкновенной, обитающие по разные стороны водной преграды, потеряли взаимосвязь и стали развиваться каждая самостоятельно.)
Среди особей одного вида не всякую группу можно назвать популяцией. Основной признак — устойчивое существование во времени, которое обеспечивается способностью адаптивного ответа на внешние воздействия. (Например, прилетевшая «стая» саранчи — не популяция (как прилетела, так и улетела, опустошив растительность).
Растительные популяции (их еще называют ценопопуляции) стали изучать позднее животных популяций (Работы Т. А. Работнова, обобщающие сводки появились лишь в конце 70-х годов). (О. А. Мозговая изучала популяционный состав, закономерности возобновления светлохвойных лесов Башкирского заповедника).
Понятие «ценопопуляция растений» не следует смешивать с ботаническим понятием биогеоценоз (понятие биогеоценоз введено В. Н. Сукачевым. Биогеоценоз — участок земной поверхности (суши или водоемов), через которые не проходят никакие геоморфологические, климатические, почвенные, геохимические, гидрологические, стоковые и биогеоценотические границы. Популяции эволюционируют, биогеоценозы переходят из одного состояния динамического равновесия в другое.
Свойства популяции как биологической системы:
1.  Пространственная структура популяции позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы среды и осуществлять внутрипопуляционные взаимоотношения особей и их групп. Эти взаимоотношения и позволяют функционировать популяции как целостности и осуществлять авторегуляцию на фоне изменяющихся условий среды. Прежде всего, важны информационные отношения.
2.  Несмотря на морфологическое сходство, (принадлежность к одному виду), особи, входящие в состав популяций, неравноценны по функции в составе популяции, по генетическому вкладу в неё, по индивидуальным свойствам. Иными словами, популяция структурирована не только пространственно, но и функционально.
3.  Динамика популяций хищников и их жертв — пример самоорганизации сложных систем в биологии. Предсказание соотношения числа хищников и жертв возможно (волков и копытных, рысей и зайцев, лис и кроликов и т. п.). Модель была построена Вольтеррой для некоторого гипотетического участка, где на огражденной территории живут только эти представители фауны, а пищи для них пусть будет неограниченное количество. Поскольку волки хищники, то могут в данном заповеднике питаться только зайцами, а жертвы — зайцы питаются только растительной пищей. Встает вопрос: будет ли такое экологическое сообщество устойчиво сосуществовать? Экспериментальные данные, полученные в реальной многокомпонентной открытой среде, характеризующейся множеством неучтенных взаимодействий, указывают на факт наличия устойчивых колебаний. Это свидетельствует о том, что модель Вольтерры работоспособна.

Рис. 1. Пример самоорганизации в зооценозе.
Динамика численности популяций хищников (лисиц) и их жертв (кроликов). Наблюдаются устойчивые колебания, причем кривая, описывающая динамику хищника, несколько отстает по фазе от кривой, описывающей динамику жертвы
Допустим, что на некоторой территории обитают два вида животных: кролики, питающиеся растениями, и лисы, питающиеся кроликами. Пусть число кроликов x, число лис y. Используя модель, описывающую рост популяции (ей соответствует дифференциальное уравнение), с поправками, учитывающими поедание кроликов лисами, приходим к системе, носящей имя модели взаимодействия «хищник-жертва», или модели Вольтерра — Лотки. Эта система имеет равновесное состояние, когда число кроликов и лисиц постоянно. Отклонение от этого состояния приводит к колебаниям численности кроликов и лис, аналогичным колебаниям гармонического осциллятора.
Популяцией принято называть группировку особей одного вида, заселяющих определенную территорию и характеризующихся общностью морфобиологического типа, спецификой генофонда и устойчивыми функциональными взаимосвязями. Иными словами, популяция представляет собой биологическую систему надорганизменного уровня, обладающую специфическими функциями, структурой и комплексом механизмов, определяющих целостность и функциональную устойчивость системы на фоне динамичных условий ее существования.
Во всех аспектах проявления популяционных функций важнейшее значение имеет поддержание их устойчивости — от этого зависят условия существования и динамика вышестоящих уровней организации. При всем многообразии механизмов популяционного гомеостаза их можно сгруппировать в три важнейшие функциональные категории: 1) формирование и поддержание адаптивной пространственно-этологической структуры популяции: 2) регуляция численности и плотности населения популяции; 3) поддержание генетической структуры популяции.Тема настоящей главы полно раскрыта в ранее опубликованной работе автора (Шилов, 1988).
Пространственно-этологическая структура популяций
Основой устойчивого функционирования популяционных систем является их структурированность, в первую очередь закономерное расположение особей и их группировок в пространстве (пространственная структура) и система взаимоотношений отдельных особей (этологическая структура). Пространственно-этологическая структура лежит в основе поддержания популяционного гомеостаза (Шилов, 1982) и бесперебойного осуществления общепопуляционных функций в условиях сложной и динамичной среды.
Общие принципы формирования пространственно-этологической структуры определяются ее двойственной биологической задачей. Характер пространственного распределения особей должен, с одной стороны, максимально снизить вероятность возникновения жесткой конкуренции, а с другой — обеспечить поддержание устойчивых информационных и функциональных контактов между особями, поскольку без такой интеграции невозможно существование популяции как целостной системы.Пространственно-этологическая структура видоспецифична, в ее основе лежат видовые особенности питания, размножения, реакции на абиотические факторы среды и т.п. Однако при всем многообразии конкретных форм структуры схематично можно выделить два принципа ее построения. Один свойствен одиночно-семейным оседлым видам, интенсивно использующим ресурсы пространства, другой — видам, для которых характерен групповой кочующий образ жизни со слабой привязанностью к территории и экстенсивным ее использованием (Шилов, 1977). Разумеется, имеется и ряд переходных форм структуры: одна из наиболее специфических — структура популяций оседлых видов с групповым образом жизни (колониальные и близкие к ним формы).
Виды с интенсивным использованием территории. У животных с оседлым одиночно-семейным образом жизни принцип организации пространственной структуры популяций заключается в формировании системы индивидуальных (семейных) участков обитания, используемых в течение длительного времени. Такой тип пространственной дифференциации особей обеспечивает рациональное использование ресурсов территории как на уровне отдельных особей (семей), так и на уровне всей популяции: на каждом участке обеспечены все необходимые условия для жизни особей, а сумма участков определяет полное и относительно равномерное использование территории популяцией в целом. При этом уровень конкуренции за корм, убежища и другие ресурсы снижается.Долговременное обитание на определенной территории открывает ряд преимуществ, связанных с ее активным освоением. На знакомом участке выявляются более или менее постоянные места кормежки, закладывается система троп, охотничьих ходов, засад и т.п.; благодаря этому животные затрачивают меньше времени и энергии на кормление. Большое значение имеет «знание» территории: в системе знакомых ориентиров обитатели участков быстро находят убежища, устраивают запасы корма. Все это повышает вероятность выживания обитателей постоянных участков по сравнению с особями, перемещающимися на незнакомой территории.Реализация биологических преимуществ обитания на знакомом участке обеспечивается комплексом территориального поведения, направленного на стабилизацию сложившейся системы участков, на эффективную «индивидуализацию» каждого из них. Наиболее жесткая форма территориального поведения — активная защита участка, территориальная агрессия. Наиболее «мягкая» форма индивидуализации территории—маркировка участков обитания, широко распространенная в животном мире. Для животных, занимающих относительно небольшие участки с хорошими условиями видимости, чаще характерна визуальная форма маркировки: яркая окраска коралловых рыб, сочетающаяся с демонстративным поведением, служит хорошим примером такого, типа маркировки. Для птиц более характерна акустическая маркировка участка в виде песни или других специфических звуковых сигналов. У млекопитающих наиболее выражена маркировка с помощью запаховых меток.
Механизмы индивидуализации территории направлены на увеличение дисперсности особей в пространстве и снижение прямой конкуренции за ресурсы. Но такой пространственной дифференциации особей противостоит задача их интеграции в пространстве, без чего невозможно устойчивое поддержание размножения, авторегуляционных процессов на популяционном уровне, общепопуляционных реакций на внешние условия) взаимодействия с популяциями других видов. Сочетание механизмов пространственной дифференциации и функциональной интеграции особей определяет конечный тип пространственно-этологической структуры.В основе механизмов интеграции лежат два взаимосвязанных процесса: непрерывная информация о местах пространственной локализации отдельных особей и их группировок и наследственно детерминированный стереотип поведения, стимулирующий животных к поиску и поддержанию контактов с себе подобными.
Информация о присутствии особей данного вида весьма многообразна. Она включает как «личные» сигналы, воспринимаемые визуально, на слух и по запаху, так и «попутные» источники информации в виде нор, троп, остатков пищи, фекалий и т.п. Немалое значение имеют и все формы маркировки территории: помимо сигнализации о ее занятости они свидетельствуют о пригодности территории для поселения. Вся сумма следов жизнедеятельности образует в местах поселения животных устойчивое «биологическое сигнальное поле» (Наумов, 1973, 1977), служащее мощным фактором пространственной интеграции населения данного биотипа.
Стереотип поведения в виде «поиска контактов» описан для многих видов и представляет собой, вероятно, широко распространенную закономерность. Многие группы формируют свои участки в пределах «сигнального поля» соседних особей. Нарушение информации о соседях приводит к увеличению подвижности животных и, на основе поиска информации, к формированию новых группировок. Это хорошо показано на разных видах грызунов при естественных или вызванных дератизационными мероприятиями депрессиях численности.
У большинства видов участки соседних особей в той или иной мере перекрываются. В этом случае активная охрана участка не распространяется на зоны перекрывания, в пределах которых обладатели соседних участков почти не вступают в конфликты, а чаще проявляют дружелюбное поведение по отношению друг к другу.
Основа этологической структуры популяции — разнокачественность особей в ее составе по проявлению различных форм деятельности и по участию в общегрупповых функциях. Такую форму отношений принято называть иерархической. В природе «классическая» линейная иерархия встречается редко, чаще наблюдаются различные формы групповой иерархии: в составе групп выделяются доминанты, субдоминанты и подчиненные особи (субординанты). Ранговые отличия формируются как результат взаимодействия отдельных особей в группе и поддерживаются специфическими формами поведения (агрессия, демонстрации, чистки, подчиненное поведение и др.). В свою очередь, занимаемый особью ранг в силу этих взаимодействий стимулирует определенное физиологическое состояние организма (уровень стресса, состояние генеративной системы и др.). На этой основе происходит функциональная дифференциация особей в группе.
В опытах с грызунами показано, что формирование рангового положения особей происходит не случайно. Оно детерминировано индивидуальной разнокачественностью животных по ряду фундаментальных физиологических свойств: типологическим особенностям центральной нервной системы, врожденному уровню агрессивности, состоянию симпатической нервной системы и т.п. (Каменев, 1973; Шилов и др., 1974: Мухаммедон и др., 1975). К этому добавляются отличия по более лабильным, приобретенным в течение жизни данного индивида показателям (возраст, физиологическое состояние организма, опыт предыдущих побед или поражений, уровень стресса и др.).
Сложившаяся структура определяет адаптивную реакцию группы в целом на изменения условий существования: при их ухудшении физиологическое состояние и смертность особей детерминированы их ранговым положением, что определяет сохранение группировок выживших животных. Эти группировки существуют в виде эффективных внутрипопуляционных структур и при улучшении условий способны вновь увеличить численность популяции и объем занятого ею пространства.
Виды с экстенсивным использованием территории. Групповой образ жизни, при котором животные постоянно или периодически образуют плотные стада или стаи, имеет свои биологические преимущества: более легкое нахождение и добывание корма, раннее обнаружение хищников, возможность коллективной обороны, более экономный тип энергозатрат и др. Вместе с тем скопления особей одного вида всегда сопряжены с повышением конкуренции. Один из путей преодоления этого противоречия — переход к кочующему образу жизни, связанному с экстенсивным использованием ресурсов. В популяциях стадных животных отсутствуют индивидуальные участки обитания. Элементарная единица популяции — стадо (стая), имеющее собственную структуру как в виде закономерного расположения особей в пространстве, так и в форме определенных взаимоотношений, обеспечивающих сохранение целостности группы при постоянных ее перемещениях. Исследования, проведенные на рыбах и птицах, показали, что пространственная структура («строй») стад (стай) обеспечивает оптимальные гидро-(аэро-)динамические условия передвижения при сохранении возможности маневра как для группы в целом, так н для отдельных особей. Поддержание такой структуры определяется рядом специфических адаптаций, в основе которых лежит врожденное стремление находиться в контакте с соседними особями, т.е. интеграционное поведение, о котором говорилось выше. У стадных форм этот вид поведения, в частности, представлен стереотипом реакций слежения и подражания. На этих же формах поведения основывается синхронизация деятельности особей в группе, без чего невозможно поддержание целостности подвижной группировки.
Структура взаимоотношений особей в стадах и стаях отличается степенью сложности у разных видов. В простейшем случае подвижные группировки животных образуются исключительно на основе стремления к контактам и поддерживаются ориентацией на соседних особей и подражанием им (стада «эквипотенциального типа»). Особи в группе однородны по своим качествам и поведению. Такие группировки характерны для большинства стайных рыб, многих мелких птиц, мигрирующих стай саранчи и др.
Для многих копытных и некоторых других животных характерна более сложная структура стада: в ней выделяются лидеры, которые своим поведением определяют характер деятельности всего стада. Лидерами чаще становятся взрослые животные с богатым индивидуальным опытом. Именно на этих особях концентрируется подражательная реакция других членов стада; через подражание опыт лидирующих животных становится достоянием всего стада, что имеет несомненно адаптивное значение на уровне популяции в целом.
Наиболее сложна структура взаимоотношений в стадах, построенных по доминантно-иерархическому типу во главе с вожаками. Такие стада наиболее свойственны многим приматам, но встречаются и у некоторых хищных и копытных млекопитающих. В отличие от лидеров вожаки активно направляют деятельность стада путем специальной сигнализации, а подчас и с помощью агрессивных действий.
Помимо выделения вожака-доминанта, стада такого типа отличаются сложной внутренней структурой, весьма различной у отдельных видов — от деспотического доминирования единственного самца-вожака (лангуры) до наличия многих внутристадных группировок со своими формами отношений и отдельных рядов иерархии для самцов, самок и молодых животных у других видов обезьян.
Тенденция к усложнению структуры взаимоотношений повышает степень организованности и управляемости группы, что открывает возможность совмещения биологических выгод группового образа жизни с преимуществами обитания на хорошо освоенной территории. В осуществлении адаптивных реакций на популяционном уровне тип пространственно-этологической структуры имеет ведущее значение. 
Регуляция плотности населения
Плотность населения — непосредственный фактор, определяющий соотношение уровня конкуренции и возможности поддержания устойчивых контактов между особями. Существует некоторый уровень плотности населения, при котором эти противоречивые биологические задачи сочетаются оптимальным образом. Однако этот уровень нестабилен: сезонные и многолетние изменения погоды, обилие кормов и их доступность, другие экологические условия определяют изменчивость конкретных величин плотности, соответствующих критерию оптимальности. В силу этого поддержание оптимальной плотности населения представляет собой сложный процесс биологического регулирования на популяционном уровне, действующий по принципу обратной связи.
Информация. Изменения плотности под прямым воздействием дефицита корма, убежищ и других необходимых условий жизни неизбежно связаны с прямой конкуренцией, неизбирательной гибелью особей, нарушением адаптивных структур и функций популяции как целостной системы. Такие изменения в критических условиях возможны, но оказывают на популяцию скорее ограничивающее, нежели регулирующее действие. В процессе популяционной авторегуляции прямая конкуренция за ресурсы заменяется «конкуренцией за условные объекты» (Winne-Edwards, 1962) — территорию, положение в иерархии, партнера по размножению и т.п. В результате открывается возможность адаптивного изменения плотности, включающегося раньше реального истощения ресурсов среды.
Начальным звеном регуляции такого рода служит информация о плотности населения в виде частоты прямых контактов особей и «напряженности» биологического сигнального поля. Эти параметры изменяются параллельно плотности населения и воспринимаются особями-реципиентами как плотностно-зависимая информация. Каждая особь является одновременно и источником, и реципиентом такой информации. Роль плотностно-зависимой информации в механизмах популяционной авторегуляции двояка: с одной стороны, на ее основе «запускаются» авторегуляторные механизмы, а с другой — корректируется адекватность популяционного ответа реальным условиям. Благодаря этому плотность популяции колеблется вокруг некоего оптимального уровня.
Регуляция плодовитости и смертности. В ответ на информацию о плотности населения включаются механизмы, изменяющие уровень плодовитости и смертности. Механизмы такой регуляции могут быть различными; схематически их можно свести к трем вариантам, отличающимся степенью сложности реакции.
А. Фактор, выступающий в качестве информации о плотности населения, прямо влияет на изменение плодовитости и(или) смертности. Это относится прежде всего к химическим факторам, и регуляция такого типа наиболее обычна для обитателей водоемов или сыпучих, структурированных сред. Типичные примеры такого рода регуляции получены в экспериментах с различными видами рыб, в которых показано, что по мере нарастания концентрации метаболитов в воде снижается репродуктивный потенциал группы и возрастает смертность.
Б. Информация о плотности населения мотивирует проявление специфических форм поведения, которые и вызывают эффект регуляции. Такая форма регуляции более свойственна высшим позвоночным, и внешним ее проявлением чаще всего бывают различные патологии родительского поведения: проявление каннибализма у ряда рыб и беспозвоночных, выбрасывание птенцов из гнезда или преждевременное оставление кладок у птиц, прекращение лактации или заботы о потомстве у млекопитающих и др.Во многих случаях регуляция плотности через поведение отчетливо связана со структурой популяции: от участия в размножении устраняются особи, не имеющие собственной территории, занимающие низшие ранги и т.п. Это явление распространено очень широко и является одним из основных путей регуляции плотности популяций.
В. Информация о плотности населения вызывает адекватные изменения поведения, которые, в свою очередь, стимулируют изменение физиологических функций, прямо влияющих на плодовитость и (или) смертность. Классический пример регуляции такого типа — популяционная авторегуляция размножения и смертности с участием реакции стресса у грызунов (Christian, 1955, 1968; Шилов, 1982, 1977; Ивашкина, 1975; Чернявский, Ткачев, 1982). При увеличении плотности населения возрастает частота конфликтных ситуаций, что мотивирует агрессивные формы поведения. Все это повышает уровень стресса в популяции, а на этой основе развивается гормональный блок размножения, в наиболее же острых случаях (например, в сочетании с неблагоприятными погодными условиями) увеличивается смертность.
Уровень стресса отличается у животных различных рангов. Благодаря этому стресс, вызванный повышением плотности, не вызывает ненаправленной гибели особей и всеобщей остановки размножения: оба эти показателя в популяции поддерживаются на уровне, адаптивном к данному состоянию популяции. Расселение животных, вызванное повышением плотности, — один из эффективных путей ее регуляции на уровне всей популяции; популяция при этом занимает большее пространство, что укрепляет ее позиции во взаимоотношениях с другими видами в составе сообществ.
Согласно известной гипотезе Д. Читти (Chitty, 1960, 1964), в годы высокой плотности селективное преимущество получают животные агрессивные, устойчивые к стрессу, но малоплодовитые. При низкой численности, напротив, отбор идет на высокую плодовитость, тогда как агрессивность и толерантность к стрессу теряют адаптивную ценность. Подобные «переключения» направления отбора определяют цикличность численности, демографического состава и физиологических свойств животных в популяции. Автор подчеркивает сходство предполагаемых механизмов с таковыми, действующими в сезонном масштабе (Chitty, Phipps, 1966).В настоящее время получен ряд материалов, подтверждающих эту гипотезу.
Можно полагать, что общий характер популяционной циклики определяется соотношением двух разномасштабных механизмов ее регуляции: во-первых, генетической обусловленностью среднего уровня плодовитости и жизнестойкости, подкрепляемой отбором, действующим в разных направлениях на различных фазах цикла; а во-вторых, эколого-физиологическими механизмами, вызывающими адекватные изменения конкретных параметров плодовитости и смертности вокруг заданного предыдущими механизмами среднего значения по принципу обратной связи с плотностью населения (Шилов, 1977).
Поддержание генетической структуры популяций
Широкий диапазон индивидуальной изменчивости, зависящий от генетических отличий особей, лежит в основе устойчивости популяций, их экологической пластичности (Шварц, 1980).
Средние (модальные) значения параметров животных в популяции отражают ее приспособление к средним, типичным условиям среды. При отклонениях последних от среднего уровня в популяции селективно выживают особи, отклоняющиеся от моды в адаптивную в данных условиях сторону. Если такие отклонения единичны, случайны, в популяции восстанавливается прежний (адаптивный) тип индивидуальной изменчивости. Это возможно только за счет гетерозиготности выживших особей.
Генетическая гетерогенность и социальная структура. В природных условиях, особенно у высших животных, случайность скрещиваний существенно нарушается системой социального и сексуального доминирования высокоранговых самцов. На этом фоне закономерные нарушения структуры социального доминирования выглядят адаптивными для поддержания генетической гетерогенности. Видимо, в этом и заключается причина того, что при всей биологической значимости устойчивой структуры ее нарушения известны практически для всех исследованных в этом плане видов.
Половая избирательность. Большое значение в поддержании высокого уровня гетерозиготности в популяции имеет неслучайный характер образования размножающихся пар. Многие виды позвоночных животных, как показали наблюдения, в том числе и экспериментальные. отчетливо предпочитают неродственных половых партнеров, что базируется на индивидуальном и групповом опознавании особей-претендентов.Пространственное расселение.
При всех преимуществах долговременного обитания на постоянных участках в популяциях оседлых животных всегда наблюдаются пространственные перемещения животных. У грызунов, в частности, в популяциях всегда есть «внутрипопуляционные мигранты» — особи, в данный момент не имеющие участков и широко перемещающиеся по территории. Установлено, что отдельные особи регулярно переходят от оседлой жизни к таким миграциям, а затем вновь формируют участки в других местах. Благодаря таким перемещениям состав населения постоянно «перемешивается», что снижает вероятность образования близкородственных пар. К такому же результату приводит и известное явление расселения молодняка. 
Рассмотренные особенности поведения не исчерпывают всех форм снижения уровня инбридинга) но свидетельствуют об эффективности эколого-физиологических механизмов, направленных на поддержание генетической гетерогенности популяций.
Особенность популяционных систем состоит в том, что все формы взаимодействия популяции со средой и осуществления общепопуляционных функций реализуются через реакции отдельных особей. Особые формы интеграции их деятельности способствуют тому, что физиологические процессы в организме отдельных животных и проявляемое ими поведение осуществляются в направлении, адаптивном для популяции в целом.Устойчивость популяций во времени и в пространстве, их относительная самостоятельность и «индивидуальность» зависят от того, насколько структура и внутренние свойства популяции сохраняют свои приспособительные черты на фоне изменчивых условий жизни. Именно в поддержании динамического равновесия со средой, понимаемой в широком смысле, заключаются принципы гомеостаза популяций как целостных биологических систем.
Гомеостаз – это способность биосистем к авторегуляции; саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.
Практически все биологические системы характеризуются определенной саморегуляцией и, прежде всего, каждая отдельная особь и популяция.
Примеры гомеостаза в млекопитающих:
Ø Регуляция количества минеральных веществ и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.
Ø Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами— почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.
Ø Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции.
Ø Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью, инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.
Авторегуляция всегда направлена на сохранение системы и является необходимым приспособлением для поддержания жизни в постоянно меняющихся условиях.
Функции гомеостаза свойственны популяциям всех групп живых организмов, однако наиболее полно они изучены у животных. При всем многообразии механизмов популяционного гомеостаза их можно сгруппировать в три функциональные категории (Шилов, 1997):
Ø поддержание пространственной структуры;
Ø поддержание генетической структуры;
Ø регуляция численности и плотности населения.
Механизмы поддержания пространственной структуры разнообразны. Наиболее важные из них следующие.
Территориальная агрессия — наиболее прямая форма территориальных взаимоотношений. Она в той или иной форме свойственна всем видам. Животные, кормящиеся на своем участке, проявляют агрессию при защите его от соседей (даже визуально знакомых). Птицы активно защищают территорию своего гнездования, грызуны охраняют друг от друга места своего пропитания, хищники заботятся об охране своих охотничьих участков и т.п.
Маркирование территории — относительно «мягкий» механизм гомеостаза, не связанный с агрессией. У птиц это выражается в акустической маркировке участков. Некоторые обитатели водной среды также прибегают к звуковым сигнализациям. Так, голубые киты при общении друг с другом издают низкочастотные импульсы порядка 188 дБ, что позволяет считать подобные звуки самыми громкими звуками, которые способны издавать животные. Их можно услышать на расстоянии 860 км.У рыб нередко окраска тела говорит чужаку о занятости территории. Разнообразны механизмы маркировки территории у млекопитающих. Многие животные для мечения участков используют запах мочи и экскрементов. Но наибольшее значение имеют выделения особых желез. Например, анальные гланды африканской гориллы, считающейся самым вонючим животным, могут выделять отвратительно пахнущую жидкость, запах которой можно почувствовать на территории радиусом более полутора километров. Похожие железы имеют полевки, песчанки и другие виды мышевидных грызунов.
Нередко в качестве меток используются визуально различимые знаки. Например, следы когтей бурого медведя на стволах деревьев, либо остатки шерсти, которыми многие представители семейства волчьих метят свою территорию.
Генетическая структура популяции поддерживается степенью индивидуальной изменчивости особей. Чем генетически более разнородна популяция, тем выше ее экологическая пластичность. Считается, что поддержание стабильной генетической структуры обеспечивается случайным характером скрещивания, хотя во многих группах высших животных доминирующие (преобладающие) особи имеют преимущества в спаривании. Например, на лежбищах морских слонов (как и у многих других ластоногих) секачи-доминанты составляют всего 4 % от всех самцов, но принимают участие в 85 % спариваний и оплодотворяют до 85 % самок.
Численность любой популяции определяется ее способностью к размножению. Потенциально многие виды могут очень сильно увеличивать свою численность. Самки некоторых рыб мечут тысячи или даже миллионы икринок каждый год. Крысы и мыши 4 раза в год приносят приплод примерно с 5 детенышами в одном помете. Однако наблюдения показывают, что численность большинства видов постоянна, следовательно, между рождаемостью и смертностью существует относительное равновесие. Такую согласованность рождаемости и смертности в популяции называют регуляцией численности популяции. Рождаемость живых организмов определяется несколькими основными характеристиками. Одна из них — соотношение выжившего потомства, вылупившегося или родившегося, к числу самок в конце периода размножения. Например, самки калифорнийских кондоров откладывают только 1 или 2 яйца. Это делает данный вид более уязвимым к вымиранию, по сравнению с такими видами, как утки и куропатки, которые откладывают и высиживают от 8 до 15 яиц одновременно.
Рождаемость видов также зависит от того, сколько раз в году самки проходят через полный цикл размножения и от продолжительности беременности. Луговая полевка с периодом беременности всего лишь 21 день может производить большое количество детенышей за короткий период. У африканской слонихи период беременности длится почти 2 года. Она не рожает более до тех пор, пока ее детеныш не станет достаточно взрослым. Таким образом, у слонов рождается всего один детеныш как минимум каждые 2,5 года. Природа не терпит расточительства, и потому детенышей не должно быть больше, чем родители могут выкормить. Именно поэтому птицы одних и тех же видов, поселившиеся высоко в горах, в отличие от своих собратьев в теплых и богатых кормом долинах обычно откладывают меньше яиц.
При высокой скученности особей в популяциях регулирующим механизмом численности могут являться стрессовые явления. Явление стресса было впервые описано для человека в 1936 г. Гансом Селье — канадским биологом и физиологом. Согласно Селье стресс — это совокупность физиологических реакций организма в ответ на воздействие различных неблагоприятных (реже благоприятных, например радость, половое возбуждение) факторов. О стрессовых реакциях говорят как в случае поведения высших животных, так и низших (реакция на загрязнение среды у амебы), а также растений (стрессовая реакция на засуху). Стрессовые явления наиболее характерны для млекопитающих. Стресс-реакция является механизмом, регулирующим рождаемость. При стрессах обычно у части особей снижается рождаемость и увеличивается смертность. Более сильные (доминантные) особи в меньшей степени подвержены стрессу и его последствиям. При ослаблении или прекращении стрессовых явлений организмы обычно восстанавливают функции жизнедеятельности и репродукционного процесса. Численность особей в популяции чаще всего ограничивается каким-либо ресурсом. Одним из основных лимитирующих факторов является пища. Иногда природа поступает очень жестоко по отношению к своим отпрыскам. Одним из примеров такой жестокости служит жизненный цикл полярной совы. Она обычно откладывает 5-6 яиц с большими временными интервалами. Птенцы появляются на свет, соблюдая очередность. Старший птенец уже крепко стоит на ногах, а младший его брат еще в яйце. На первый взгляд, странное положение вещей. Однако для суровых условий Севера это один из способов популяции поддерживать свою численность. Как известно, полярная погода неустойчива и ненастье может обрушиться внезапно. Для взрослых особей это неудобство легко преодолимо. Они могут перенести несколько дней без пищи, а вот для птенчиков непогода может обернуться гибелью. Поэтому старший совенок, чтобы выжить, вынужден съесть своего младшего ослабевшего собрата. Законы выживания суровы.
Вначале 60-х гг. XX в. экологами была выдвинута концепция саморегуляции популяций. Согласно этой концепции, в процессе роста плотности популяции изменяется не только и не столько качество среды, в которой существует данная популяция, сколько качество самих составляющих ее особей. Это выражается в снижении плодовитости, удлинении сроков полового созревания, возрастании смертности и миграционной активности (перемещение организмов за участок своего индивидуального обитания). Одним из авторов данной концепции был английский эколог Д. Читти (1960). Он подчеркивал, что в принципе каждая популяция способна регулировать свою численность так, чтобы не подрывались жизненные ресурсы местообитания и не требовалось вмешательства каких-либо внешних факторов.Существуют две теории, объясняющие регуляцию численности.
Ø Смертность в популяции обусловлена только воздействием физических (погода, пожар, загрязнение) или биологических факторов (хищники) и затрагивает одну и ту же долю особей в популяции независимо от ее численности. Такие факторы, действие которых не зависит от численности популяции, называются факторами, не зависящими от плотности. В данном случае график роста популяции описывается отмеченной выше экспоненциальной кривой.
Ø Смертность особей в популяции всегда зависит от численности последней. При этом чем больше численность, тем выше риск гибели. В этом случае на популяцию влияют факторы, зависящие от плотности. При высокой численности популяции начинает ощущаться недостаток ресурсов, ограничивается доступность пищи, возрастает численность врагов, заполняются все доступные места для гнездования и т.д. График роста популяции описывается логистической кривой.
При независимом от плотности типе изменения численности обусловливаются в основном абиотическими факторами (погодные явления, наличие пищи, различного рода катастрофы и т.п.). Эти факторы могут обеспечивать условия как для неограниченного, хотя и кратковременного, роста популяций, так и для снижения их численности до нулевой. Группы этих факторов обычно называют модифицирующими (от лат. «модификацио» — изменение). Зависимая от плотности динамика популяций обеспечивается биотическими факторами. Их называют регулирующими. Они «работают» по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее срабатывают механизмы, обусловливающие ее снижение, и наоборот -при низкой численности сила этих механизмов ослабевает и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала. Факторы такого типа обеспечивают поддержание численности в определенных границах значений.
К числу регулирующих факторов относится, в частности, взаимоотношение организмов типа хищник — жертва. Высокая численность жертвы создает условия (пищевые) для размножения хищника. Последний, в свою очередь, увеличив численность, снижает количество жертвы. Численность обоих видов в результате этого носит синхронно-колебательный характер. Регулирующие факторы, в отличие от модифицирующих, никогда не доводят численность популяций до нулевых значений вследствие того, что сила их действия уменьшается по мере уменьшения численности популяций.
Гомеостаз популяции поддерживается двумя взаимно уравновешивающимися буферными силами:
1. Зависящие от плотности популяции и способности к размножению:
· Питание, если недостаток пищи, уменьшается.
· Конкуренция за пищу – повышение плотности снижает численность (растения и свет, корни и питательные вещества).
· Болезни – регуляция. Когда на Таймыре волка истребили, много оленей погибло от болезней.
· Внутренний механизм – стресс, перенаселение. Пример с лабораторными мышами – драки, снижение рождаемости при перенаселении.
2. Зависящие от факторов неживой природы.
· Резкое похолодание после прилета птиц – количество насекомых снижается, количество птиц тоже.
· В естественно захламленных лесах птиц больше, есть где спрятаться, в культурных парках – меньше.
· Устрицы выделяют в воду вещества, отпугивающие разных личинок.
· В луже головастики выделяют вещества, препятствующие росту слабых.
У большинства животных (в первую очередь насекомых, земноводных и мышевидных грызунов) при катастрофическом снижении численности популяции (например, от неблагоприятных изменений условий среды) в систему популяции тут же поступает «сигнал», влияющий на физиологию всех особей. В результате: снижаются темпы старения особей; возрастает относительное число самок; увеличивается их плодовитость (т.е. изменяется структура популяции в сторону повышения её адаптации с последующим увеличением численности).
И, наоборот, при резком повышении численности и плотности популяции поступает иной сигнал, следствием чего является: снижение плодовитости самок; возрастание смертности, и в первую очередь за счет ослабленных особей, появление взаимной интерференции вплоть до каннибализма.
Однако авторегуляция популяций (которые являются открытыми системами, т.е. в популяцию из вне всегда поступает информация) зависит от изменений условий существования, от совокупности внешних факторов.
Свойства популяционной группы, рождаемость и смертность, возрастной состав, генотип и фенотип, генфонд популяции.
Организация на популяционном уровне
Популяция — это группа особей одного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды. Популяция занимает определенное пространство и обладает признаками, характеризующими группу как целое, а не отдельных особей в группе. К таким признакам относятся: плотность, рождаемость, смертность, распределение организмов по возрастам, биотический потенциал, характер распределения в пределах территории, тип роста. Кроме того, популяции имеют ряд генетических признаков, связанных с их экологией, — способность к адаптации, репродуктивная приспособленность и устойчивость.
Популяция обладает биологическими особенностями, свойственными всем составляющим ее организмам, и групповыми особенностями, которые служат уникальными характеристиками группы. К биологическим особенностям относится наличие жизненного цикла популяции, ее способность к росту, дифференцировке и самоподдержанию. Популяция характеризуется определенной организацией и структурой, которые можно описать. К групповым особенностям можно отнести рождаемость, смертность, возрастную, половую структуру популяции и генетическую приспособляемость. Эта группа признаков относится только к популяции. Особь рождается, имеет тот или иной возраст, умирает. Однако применительно к конкретной особи мы не можем говорить о рождаемости, смертности или возрастной структуре. Эти характеристики имеют смысл только на уровне какой-то группы.
Плотность и численность популяции. Влияние популяции на сообщество и экосистему зависит не только от того, из каких организмов она состоит, но и от их численности (N), которая означает общее количество организмов, населяющих ту или иную территорию. Кроме численности, важным показателем является плотность популяции — отношение количества особей к единице пространства. Она измеряется числом особей или биомассой популяций на единицу площади или объема. Например, 400 деревьев на 1 га, 2 млн. диатомовых водорослей на 1 м3 воды, 100 кг рыбы на 1 га поверхности водоема. При изучении плотности популяции различают среднюю плотность, то есть число особей на единицу всего пространства, и экологическую, или специфическую, плотность — число особей на единицу заселенного пространства (доступной площади или объема, которые могут быть заселены популяцией).
Подобно другим популяционным признакам, плотность популяции варьируется в определенных пределах. Однако ее изменение не бесконечно. Существуют определенные верхние и нижние пределы, имеющие место в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно долгого времени. Например, на некоторой площади леса может жить в среднем 100 птиц и 20 000 почвенных членистоногих, но никогда не бывает наоборот — 20 000 птиц и 100 почвенных членистоногих.
Верхний предел плотности популяции определяется потоком энергии в экосистеме, трофическим уровнем, к которому относится организм, а также объемом и интенсивностью его метаболизма.
Нижний предел выделить значительно сложнее, особенно в стабильных экосистемах, в которых, как правило, действуют механизмы, поддерживающие плотность обычных или доминирующих организмов в довольно ограниченных пределах.
При изучении плотности популяции наибольшие трудности возникают из-за того, что особи в популяции часто распределены в пространстве неравномерно и образуют более или менее обособленные скопления. В таких случаях достоверность исследований зависит от числа выборок, то есть чем менее равномерно на территории распределены особи, тем больше должно быть выборок.
В тех случаях, когда при изучении плотности популяции невозможно определить ее абсолютную величину, этот показатель выражают относительными величинами и характеризуют вид как «многочисленный», «обычный», «редкий» и т.д. Однако эти характеристики необходимо привязывать к определенным численным значениям.
Динамика популяций. Популяция изменчива во времени, и при ее изучении определенный интерес представляют не только ее состав и величина в каждый определенный момент, но также и то, как она изменяется. Зная скорость изменения популяции, можно судить о многих ее особенностях, условиях развития и, косвенно, о состоянии экосистемы в целом.
Скорость изменения численности популяции можно определить путем деления величины изменения количества особей на период времени, за который оно произошло. Полученная величина будет характеризовать скорость, с которой численность изменяется во времени. Средние скорости изменения популяций принято выражать в виде V = DN / Dt, где N — размер популяции (или другой показатель), t — время. Мгновенные скорости принято выражать соотношением DN / Dt . Например, предположим, что популяция из 100 представителей в некотором объеме воды за час увеличилась до 150 особей. Тогда DN = 50, Dt = (150 — 100) * 1 = 50 особей в час.
Рождаемость. Рождаемость — способность популяции к увеличению численности за счет размножения. Этот термин используется и для популяции человека. Он характеризует частоту появления новых особей вида. Различают максимальную и экологическую рождаемость.
Максимальная, или абсолютная, физиологическая, рождаемость — появление теоретически максимально возможного количества новых особей в идеальных условиях, то есть при отсутствии лимитирующих факторов. Этот показатель — постоянная величина для данной популяции.
Экологическая, или реализуемая, рождаемость обозначает увеличение популяции при фактических, или специфических, условиях среды. Она зависит от состава, размера популяции и фактических условий среды.
Рождаемость обычно выражают в виде скорости, определяемой путем деления числа вновь образовавшихся особей за определенный промежуток времени ( [dNn / dt] — абсолютная рождаемость) или числом новых особей в единицу времени на единицу популяции ([dNn / Ndt] — специфическая, удельная рождаемость), где N — размер популяции или только части, способной к размножению. Например, для высших организмов рождаемость выражают в расчете на одну самку, а для популяции человека — в расчете на 1000 человек.
Рождаемость может быть нулевой или положительной, но никогда — отрицательной.
Максимальная рождаемость — это теоретический верхний предел, который популяция могла бы достичь в идеальных условиях. Несмотря на трудности при практическом определении этого показателя, он представляет интерес по следующим причинам. Во-первых, максимальная рождаемость служит критерием для сопоставления с реальной рождаемостью. Например, показатель рождаемости в популяции птиц 4 птенца в год будет иметь реальный смысл, если известен верхний предел, до которого она могла бы увеличиваться в менее лимитирующих условиях. Во-вторых, так как максимальная рождаемость — величина постоянная для данной популяции, этот показатель можно использовать для математических расчетов и прогнозирования скорости роста популяции.
Максимальная рождаемость как характеристика популяции ценна тем, что с ней, как с константой, можно сравнивать различные наблюдаемые величины рождаемости. Использовать ее имеет смысл только в тех случаях, когда известны условия, при которых она определяется. Следует отметить, что понятие «максимальная рождаемость» относится к популяции, а не к изолированным особям. За меру рождаемости следует принимать среднюю, а не индивидуальную наибольшую или наименьшую репродукционную способность. Наиболее корректно определение максимальной рождаемости не только при отсутствии лимитирующих физических факторов, но и при оптимальных размерах популяции.
При сравнении рождаемости в популяциях разных видов возникают трудности, связанные с несопоставимостью жизненных циклов. Поэтому при изучении рождаемости необходимо учитывать цикл развития организмов, особенно когда сравниваются различные популяции. В этом случае необходимо быть уверенным, что сравнение вообще возможно.
Смертность. Этот показатель характеризует гибель особей популяций за определенный период времени. Так же, как и в случае с рождаемостью, смертность можно выразить числом особей, погибших за определенный период.
Различают специфическую смертность — число смертей по отношению к числу особей, составляющих популяцию; экологическую или реализуемую, смертность — гибель особей в конкретных условиях среды (величина непостоянная, изменяется в зависимости от состояния природной среды и состояния популяции).
Существует некая минимальная величина, характеризующая гибель особей в идеальных условиях, когда на популяцию не воздействуют лимитирующие факторы. В этих условиях максимальная продолжительность жизни особей равна их физиологической жизни, которая в среднем выше экологической продолжительности жизни.
При проведении исследований часто значительно больший интерес, чем смертность, представляет показатель выживания особей. Если число погибших особей представить как М, то выживаемость будет равна 1-М
Специфическую смертность обычно выражают числом особей, погибших за определенное время, выраженным в процентах от начальной численности популяции. Как и в случае с рождаемостью, необходимо принять минимальную смертность за теоретическую константу. Даже в идеальных условиях в любой популяции происходит смерть от старости, то есть имеет место какая-то минимальная смертность, определяемая физиологической продолжительностью жизни особей. В природе средняя продолжительность жизни особей намного меньше, чем потенциальная, и фактическая величина смертности выше минимальной. Смертность, как и рождаемость, особенно у высших организмов, сильно варьируется с возрастом, поэтому при изучении смертности организмов популяцию целесообразно разделить на возрастные группы. Целостное представление о смертности в популяциях дают демографические таблицы (один из методов статистического анализа популяций), в которых приводится возрастная структура по продолжительности жизни особей. Они могут содержать следующие графы:
· возраст (временные промежутки);
· отклонение возраста от средней продолжительности жизни;
· число особей, погибших в каждом возрастном интервале на 1000 рожденных;
· число особей, выживших в начале каждого возрастного интервала;
· смертность в начале каждого возрастного интервала на 1000 живых особей;
· ожидаемая продолжительность жизни, или среднее время предстоящей жизни.
На основании анализа демографических таблиц можно строить кривые выживаемости особей в популяции, которые могут быть достаточно информативны. Выделяют три типа кривых выживаемости (рис. 1):

· сильновыпуклые кривые (I) — характерны для видов организмов в популяциях, смертность которых почти до конца жизненного цикла остается низкой. Такой тип кривых выживания характерен для многих видов крупных животных, в том числе и для человека;
· сильновогнутые кривые (IV) — характерны для видов организмов в популяциях, смертность которых чрезвычайно высока на ранних стадиях развития, а в дальнейшем становится низкой. Например, семена дуба при прорастании погибают в больших количествах, а гибель укоренившихся растений остается чрезвычайно низкой;
· кривые промежуточного типа (II-III) относятся к тем видам, у которых смертность для каждой возрастной группы — величина постоянная.
Возраст, % продолжительности жизни Рис. 1. Кривые выживаемости
Возрастная структура популяции. Еще одна важная характеристика, с которой связаны смертность и рождаемость, — возрастная структура популяции. Это соотношение особей в популяции по возрастным группам. По отношению к популяции можно выделить три экологических возраста — предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный, поэтому следует ожидать, что в зависимости от соотношения количества особей, относящихся к различным экологическим возрастам, способность популяции к изменению численности будет неодинаковой.
Как правило, в быстро растущих популяциях преобладают особи младших возрастных групп, в стабильных — распределение между возрастными группами относительно равномерное, а в популяциях с уменьшающейся численностью преобладают особи старших возрастов. Следует отметить, что возрастная структура популяции может изменяться и без заметных колебаний общей численности. Каждая популяция имеет определенную возрастную структуру, к которой направлено изменение ее реальной возрастной структуры. Если по каким-то причинам произошло нарушение возрастной структуры популяции, то через определенный промежуток времени она возвращается в исходное состояние.
Гипотетически можно представить три типа возрастных пирамид:
1. пирамида, отражающая высокий процент молодых особей в популяции (растущая популяция);

2. пирамида, отражающая умеренное соотношение молодых и старых особей (стабильная популяция);
3. пирамида, отражающая низкий процент молодых особей (старая или уменьшающая свою численность популяция).

Этологическая структура (структура взаимоотношений). Разнокачественность особей в популяциях. Иерархия и доминирование. Биологическое значение упорядоченности взаимоотношений особей в популяциях. Сигнализация и общение в популяциях, их формы, механизмы и экологическое значение.
Этологической (поведенческой) структурой популяцийпонимают систему взаимоотношений между членами одной популяции. Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит от формы совместного существования, которая бывает различной:
1. Одиночный образ жизни, при котором особи популяции обособлены и независимы друг от друга. Характерен для многих животных, но лишь на определенных стадиях жизни. Например, самцы в период неспаривания (для всех видов медведей, ящерицы, сурки). Полностью одиночное существование не встречается. Даже если большая часть жизни проходит в такой форме, то в период размножения особь переходит к контакту с другими особями. Среди птиц тетерева, глухари не образуют устойчивых семейных пар.
2. Семейный образ жизни, при котором особенно в период размножения усиливаются взаимосвязи между родителями и их потомством. Как правило, в период размножения. Парцелла – малая группа, состоящая из лично знакомых или родственников. Медведица с медвежатами. Они залегает в спячку с медвежонком прошлого года. Зимой рожает еще одного. Прошлогодний медвежонок – пестун – нянчит малыша. Семья — группа особей, в которой усиливается связь между потомками и родителями. Она может быть смешанного типа (птицы, некоторые млекопитающие); родительского типа (воспитание осуществляет самец, например африканский страус, колюшка) материнского типа (саламандра, червьяга). Сохраняются на долгие годы семейные пары лебедей, журавлей, голубей.
3. Колонии – групповые поселения оседлых животных. Могут существовать длительно (термиты, муравьи, осы, пчелы) в колонии насекомых распределение обязанностей, касты – муравьи-фуражеры (острое обоняние, запаховая метка на пути), муравьи-солдаты (более крупное строение). У пчел физиологических отличий нет, но рабочая пчела живет 3 недели, а успевает поработать: нянькой, чистит соты, вентиляция, охрана улья, собирает мед. Или возникать лишь на период размножения (колонии грачей, чаек). Преимущество – общая атака врага.
4. Стаи – это временные объединения животных, которые облегчают выполнение каких-либо функций в жизни вида: защита от врагов, добыча пищи, осуществление миграций (птицы в период перелетов; собачьи – волк, гиена и т.д.). У волков территория строго ограничена – около 120 км2. К осени могут объединяться несколько стай – загонная охота.
5. Стада – это более длительные и постоянные объединения животных. В стадах обычно осуществляются все основные функции жизни вида: добывание пищи, защита от хищников, размножение, воспитание молодняка и т.д. (куланы, павианы, и др. обезьяны и копытные). Прайды у львов. Гаремы у ушастых тюленей.
Стада — длительные и постоянного объединения животных по сравнению со стаями. Основу группового поведения животных в стадах составляют взаимоотношения доминирования — подчиненности, основанные на индивидуальных различиях между особями.
Пра́йд (англ. Pride) — семейная стая львов.
При совместном существовании у животных происходит оптимизация физиологических процессов, ведущая к повышению жизнеспособности. Это явление получило название – эффект группы. Характерен эффект группы для общественных животных.
Разнокачественность особей в составе внутрипопуляционных группировок дополняется на уровне популяции в целом неоднородностью самих таких группировок, которые отличаются друг от друга по составу входящих в них особей и по роли отдельных группировок в общепопуляционных процессах. Внутрипопуляционные группировки работают на приспособление популяции к меняющимся условиям среды (наличие у некоторых видов мышевидных грызунов физиологически функциональных группировок — ФФГ).  Чем разнокачественнее популяция, тем она более устойчива к факторам среды. В наиболее общем виде пространственно выраженная разнокачественность представлена разделением популяции на »ядро» и »периферию», что хар-но для жив-ых, ведущих осёдлый образ жизни. Ядро представляет собой устойчивою внутрипопул. структуру, обеспечившую эффективное воспроизводство популяции, а периферия- резерв популяции, из которой при необходимости поступает пополнение, компенсирующее гибель особей в ядре популяции; при благоприятных условиях периферические группировки способствуют расширению границ занятого популяцией пространства, а при неблагоприятных — сокращают эту площадь. Групповое распределение в пространстве свойственно и структуре ценопопуляций растений. Структура популяций растет, может быть как горизонтальной, так и вертикальной. Вертикальная структура (представлена ярусным распределением элементов структуры) связана с размерами и возрастным составом растений. В качестве элементов горизонтальной структуры популяции растет выступают ценопопуляционные локусы (субпопуляции), в роли которых могут рассматриваются любые участки ценопопуляции, отличающиеся по плотности особей, возрастному составу и общей фитомассе. Структурированность ценопопуляции в пространстве создает условия реализации адаптивных возможностей популяции. В биологической разнокачественности групп внутри видов заложены возможности прогрессивной эволюции последних.
Кроме того, существует концепция r- и K-отбора, выдвинутая первоначально Мак-Артуром и Уилсоном (1967г) и развитая Пианкой (1970), по которой выделяются K-организмы в местообитаниях с K-отбором и r-организмы в местообитаниях с r-отбором (r/K-концепция). Данная концепция исходит из существования 2-х противоположных типов местообитаний: связанных с r- и K-отбором. Эта концепция рассматривает 2 противоположных типа особей (популяций, видов). Под популяциями, подверженными K-отбору, подразумевают существующие либо в неизменных (условия среды бесконечно долго остаются благоприят. или неблагоприят.), либо в предсказуемых сезонных местообитаниях (регулярная смена благоприятных и неблагоприятных периодов), подвергающихся только слабым воздействиям случайных колебаний параметров среды. Как следствие, возникают плотные популяции достаточно постоянного размера. Среди взрослых особей здесь наблюдается интенсивная конкуренция, результаты которой в значительной степени определяют их выживаемость и плодовитость. Молодь в таком густозаселенном местообитании также должна конкурировать за выживание, и у неё мало шансов достичь половой зрелости. Т.е. эти местообитания в связи с интенсивной конкуренцией благоприятствуют размерам и родителей, и потомства. Следовательно, можно предполагать, что организмам, сформированным K-отбором, присущи более крупный размер, отсрочка размножения, полицикличность (т.е. более растянутое во времени размножение), меньшая доля ресурсов, направляемых на размножение, и более крупное (а, следовательно, и менее обильное) потомство, окруженное большей родительской заботой. Эти организмы будут направлять ресурсы в основном на повышение выживаемости (а не размножения), но на практике (из-за острой конкуренции) существование многих из них окажется непродолжительным.
В противоположность этому считают, что популяции, формируемые r-отбором, существуют в непредсказуемых изменчивых (благоприятные периоды различной длительности перемежаются также изменчивыми неблагоприятными периодами) или эфемерных (предсказуемо короткий благоприятный период сменяется бесконечно долгим неблагоприятным) местообитаниях. У этих популяций благоприятные периоды быстрого роста в отсутствие конкуренции (либо при изменении параметров среды в благоприятную сторону, либо при заселении только что возникшего эфемерного биотопа) перемежаются неблагоприятными периодами неизбежной гибели (либо при неожиданном ухудшении условий, либо при полном истощении или исчезновении эфемерного биотопа). Следовательно, смертность взрослых и молоди сильно и непредсказуемо колеблется и часто не связано с плотностью популяции и состоянием отдельных организмов. Т.е.  это местообитание нейтрально в отношении размера и родителей, и потомства. Неудивительно, что для организмов, подверженных r-отбору, прогнозируются более мелкий размер, ускоренное созревание, возможно, моноцикличность, более высокая доля ресурсов, направляемых на размножение, и более мелкое (а, следовательно, и более многочисленное) потомство. Они мало расходуют на выживание, которое значительно колеблется в зависимости от непредсказуемых флуктуаций среды обитания. Но не нужно забывать, что фактически r/K-концепция это лишь особый случай общей демографической классификации местообитаний. В этой связи следует отметить 2 важных момента. Во-первых, местообитания взрослых особей и молоди бывают различными. Во-вторых, хар-ки жизненных циклов, связанные с r/K-схемой, могут возникнуть вне связи с ней (выедание мелких взрослых особей как противоположность острой конкуренции среди взрослых; гибель крупного потомства как противоположность чередованию благоприятных условий и периодов неизбирательной смертности и т.д.). r/K-концепция, несомненно, полезна при описании ряда общих различий между таксонами. Например, относительно крупных высших позвоночных с большой продолжительностью жизни, низкой долей выделяемых на размножение ресурсов и высокой степенью гомеостатического контроля можно при сравнении отнести к К-орган-м, в то время как относительно мелких насекомых с непродолжительным существованием, вкладывающих много ресурсов в размножение – к r-организмам. Сходным образом можно выделить ряд очень широких и общих взаимосвязей среди растений. Так, для деревьев в относительно К-селективных лесных местообитаниях хар-ны долгая жизнь, отсрочка созревания, крупные семена, низкая доля ресурсов, направляемых на размножение, крупный размер, очень часто поликарпия. В то же время в местообитаниях, более связанных с r-отбором, растен-м  свойственен в общих чертах »r-синдром». Но не нужно забывать, что растения относятся к модулярным организмам, а модульный рост обеспечивает возможность экспоненциально увеличивать размеры, увеличивая число модулей. Т.о. эта концепция помогает понять значительную часть таких разнообразных жизненных циклов. Существует также ещё классификация Грайма (1974,1979) по которой при редких нарушениях и обилии ресурсов  возникает популяция с высокой плотностью, для которой свойственна конкурентная стратегия. Толерантная стратегия выгодна при недостатке ресурсов или в суровых условиях, но на фоне редких нарушений. Рудеральная стратегия уместна при высокой степени нарушаемости, но благоприятных условиях и обилии ресурсов. Грайм предполагал также существование промежуточных стратегий, * »конкурентно-рудеральной». Рудеральные организмы и нарушенные местообитания очень близки к организмам и средам r-типа, а организмы-компетиторы и богатые ресурсами, слабо нарушаемые местообитания, видимо, соответствуют организмам и биотопам К-типа.
ИЕРАРХИЯ
Турнирная таблица. В группе животных, например в стае голубей, после того, как отношения между ними выяснились в стычках, быстро устанавливаются отношения доминирования — подчинения и число и яростность стычек снижается. Сначала голуби проводят нечто вроде спортивного первенства, снова и снова пробуя выиграть стычки у каждого противника. Преобладание побед над поражениями они ощущают как свое превосходство над другим голубем, а обратное соотношение — как превосходство противника над собой. Положение голубей в таблице не остается постоянным, ведь спонтанно возникающая в каждом агрессия побуждает его время от времени кого-нибудь клюнуть или отразить чужой клевок. Обычно объективная разница в силе между наиболее агрессивными голубями незначительна, но субъективно для них она очень важна. Точно так же разницу в силе игры между Каспаровым и Карповым специалисты по шахматам оценивают как минимальную, но психологический отрыв шахматиста, который занял первое место в турнире, от отставшего на очко — огромный.

В территориальном конфликте самцов каменки-плясуньи выигрывает тот, кому принадлежит участок, потому что агрессор знает свою неправоту, а хозяин не заторможен моральным запретом. Померившиеся ростом, самцы встают параллельно друг другу, трясут хвостами и кричат. Наконец, агрессор принимает позу преуменьшения себя и умиротворения, а хозяин — позу превосходства и торжества победы.
Доминантность — это «настырность». Победа в стычках достается необязательно тому, кто сильнее. Она достается тому, кто активно агрессивен: любит навязывать конфликт, много и умело угрожает, а сам сравнительно легко выдерживает чужие угрозы и быстро оправляется после поражения. В школе такого парня считают настырным. Ему уступают отчасти потому, что «не охота связываться». Мы должны ясно понимать эту особенность доминирования.
Образование иерархической пирамиды. Обратимся к голубям. Если в группе их мало, между ними установится ряд соподчинения. Побеждающий всех голубь будет доминантом, ниже расположится субдоминант и так далее, до самого низшего ранга. Время от времени доминант клюнет субдоминанта (из-за спонтанной вспышки агрессии), тот переадресует агрессию стоящему ниже на иерархической лестнице, и агрессия дойдет до голубя, которому клевать некого, и он переадресует ее земле. По цепочке как бы пробежал сигнал. Он ничего не сообщил, просто подтвердил иерархию. Но по этой же цепи можно послать и команду. Например, если взлетит доминант, то за ним и остальные. А можно посылать и очень сложные команды, как это происходит у людей.
Теперь возьмем группу побольше. Наверху ее опять доминант, но субдоминантом уже может оказаться не один, а два или три. Каждый из них пасует перед доминантом и не боится остальных голубей, кроме двух субдоминантов. над которыми не удается добиться ощутимого перевеса. Под субдоминантами может быть еще большее число голубей. Так образуется иерархическая пирамида. Ее нижний слой составляют голуби, пасующие перед всеми. Это «подонки». Их, конечно, очень жалко, но затюканная жизнь сделала их малоприятными. В них накоплена большая нереализованная агрессивность, скрываемая заискивающим поведением перед вышестоящими голубями.
Группа предоставленных самим себе людей собирается в подобную иерархическую пирамиду. Это закон природы, и противостоять ему нельзя. Можно лишь заменить самосборку на зоологическом уровне построением, основанным на разумных правилах.
Особенности структуры популяции животных
Пространственная структура популяций может существенно отличаться у разных видов. Однако основные ее звенья обнаруживаются у всех животных. Элементарным территориальным объединением можно считать стаи и стада, колонии и колониальные поселения, обеспечивающие размножение, регулирующие использование территории и организующие сезонные миграции. Даже животные (виды), ведущие «одиночный» образ жизни, практически постоянно находятся в связи друг с другом, образуя так называемые «парцеллярные группировки». Они могут сохраняться неопределенно долгое время, периодически пополняя естественную убыль.
Следующим звеном в популяционной организации большинства видов служат более сложные территориальные объединения. У оседлых животных их называют «поселениями», элементарными популяциями. Аналогом таких объединений у копытных служат стада в период оседлого существования. Местные скопления летних выводков мелких птиц в конце лета на определенных местах, где происходит обучение молодых и формируются начинающие перелет стайки, или скопления линяющих уток на озерах также представляют собой элементарные популяции, отчетливо заметные именно в это время.
Минимальная социальная ячейка, цельность и самостоятельность которой поддерживаются в основном ее собственными, внутренними механизмами, называется микропопуляцией. Эти популяционные группировки генетики называют «демами». По определению Н.П. Наумова (1977), подобное объединение особей именуется «парцеллой».
Более крупные объединения, местные (локальные) популяции и вышележащие надпопуляционные комплексы могут наблюдаться визуально только у немногих видов во время сезонных миграций.
Для мигрирующих видов характерна сложная популяционная структура. На местах размножения они держатся небольшими группами или стадами, иногда отдельно самцы и самки с молодняком (копытные). Птицы образуют гнездовые колонии или гнездятся парами, объединенными постоянным общением и сигнализацией обычно по несколько (5-15) семей.
При подрастании молодняка подвижность семей увеличивается, и формируются более крупные группировки — местные локальные популяции. Концентрируясь на миграционных путях, они объединяются в более крупные группы — популяции географических районов. Таковы многотысячные стада северных оленей и сайгаков или большие стаи перелетных птиц и мигрирующих рыб, движущиеся по одному направлению общей массой или отдельными стадами. Население крупных географических регионов имеет собственные системы кочевых путей. На местах зимовок огромные стаи или стада разбиваются на более мелкие группировки, в обратном порядке тому, что происходило в начале миграций.
Сложность популяционной структуры таких видов увеличивается тем, что самцы и самки вне сезона размножения занимают подчас далеко отстоящие друг от друга территории.
Наконец, у некоторых птиц и млекопитающих имеются как оседлые, так и мигрирующие популяции. На зимовках, реже — в период размножения, они могут жить по соседству, на одной территории, обмениваясь животными. Такая картина наблюдается у северных оленей на Новосибирских островах, косуль и лосей на Северном Урале, ряда мигрирующих видов птиц (в частности, врановых) и других животных.
Существование постоянных и временных поселений, ясно выраженных у оседлых животных, в действительности представляет универсальное явление. Они отличаются не только степенью устойчивости (продолжительностью существования), но и составом и структурой населения, характеризующими «уровень организованности». В устойчивых поселениях грызунов преобладают взрослые оседлые животные, объединяющиеся в крупные и стойкие «популяционные парцеллы» (группы семей, колонии), ведущие относительно малоподвижный образ жизни. В них идет интенсивное размножение. Это основная продуктивная часть популяции, обеспечивающая ее воспроизведение.
Неустойчивые (временные) поселения возникают за счет эмиграции из основных поселений. Они отличаются меньшей плотностью и большей подвижностью обитателей, среди которых высок процент молодых, иногда еще созревающих особей. Они часто держатся поодиночке, а образуемые ими популяционные парцеллы, как правило, невелики, менее стойки и часто меняют свой состав и размеры. Размножение в таких поселениях идет на невысоком уровне и только в очень благоприятные годы достигает большой интенсивности.
Роль этологической структуры в популяции. Этологическая структура регулирует территориальное размещение и обеспечивает размножение популяции. Она выражается в образовании различного рода группировок, возникающих на основе общения особей (сигнализации). В основе образования группировок лежит приобретение животными того или иного статуса в популяции. В ходе такого ранжирования каждая особь занимает определенное положение, которое может в короткие сроки измениться под воздействием внешних и внутренних стимулов. Нарушение этологической структуры может быть вызвано неблагоприятной погодой, изменениями среды обитания, но чаще связано с изменениями самой популяции, особенно ростом и падением численности животных. Физиологические механизмы таких нарушений чаще всего бывают связаны с эндокринной регуляцией.
Таким образом, пространственная структура популяций и система взаимоотношений особей находятся в закономерной взаимной связи. По мере усиления контактов особей на общей территории усиливается и структурированность, упорядоченность их взаимоотношений.
Основные принципы построения популяции. При всем многообразии пространственно-экологической структуры популяции различных видов можно выделить, как указывает И.А. Шилов (1977), два принципа ее построения, отличающихся способом использования территории. Видам, ведущим оседлый образ жизни, присущ интенсивный тип использования пространства. Для них характерна упорядоченность взаимоотношений.
К другой экологической группе популяций относятся виды, которые в течение всей жизни или периодически на протяжении длительного времени (например, сезонно) ведут групповой образ жизни. Для них характерен экстенсивный тип использования территории, представляющий собой не что иное, как адаптацию к длительному совместному существованию групп животных одного вида. Основной ячейкой (микропопуляцией) подобной популяции является стадо.
Возрастно – половая структура популяций. Морфо – физиологические отличия различных возрастных групп и их биологическое значение. Соотношение полов и его значение в темпах воспроизводства популяций. Динамика половой структуры. Роль плотности населения в изменении половой структуры. Экологическое значение поддерживания генофонда популяции.
Любой популяции присуща определенная организация. Распределение особей по территории, соотношение групп особей по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают соответствующую структуру популяции: пространственную, половую, возрастную и т.д. Структура формируется с одной стороны на основе общих биологических свойств видов, а с другой – под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.
Структура популяции имеет, таким образом, приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют как сходные особенности, так и отличительные, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.
В целом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, на определенных территориях формируются приспособительные черты групповой адаптации популяции как надиндивидуальной системы, что говорит о том, что приспособительные особенности популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидов.
Возрастной состав — имеет важное значение для существования популяции. Средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности (или биомассы) особей различного возраста характеризуется возрастной структурой популяции. Формирование возрастной структуры происходит в результате совместного действия процессов размножения и смертности.

В любой популяции условно выделяются 3 возрастные экологические группы:
· Предрепродуктивную;
· Репродуктивную;
· Пострепродуктивную.
К предрепродуктивной группе относятся особи, еще не способные к воспроизведению. Репродуктивная – особи, способные к размножению. Пострепродуктивная – особи, утратившие способность к размножению. Длительность этих периодов сильно варьируется в зависимости от вида организмов.
При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. В быстро растущих популяциях преобладают молодые особи, а в сокращающихся — старые, уже не способные интенсивно размножаться. Такие популяции малопродуктивны, недостаточно устойчивы.
Имеются виды с простой возрастной структурой популяций, которые состоят из особей практически одного возраста.
Например, все однолетние растения одной популяции весной находятся в стадии проростков, затем почти одновременно зацветают, а осенью дают семена.
У видов со сложной возрастной структурой популяций одновременно живут несколько поколений.
Например, в стажах слонов имеются молодые, зрелые и стареющие животные.
Популяции, включающие много генераций (разных возрастных групп) более устойчивы, менее подвержены влиянию факторов, воздействующих на размножение или смертность в конкретном году. Экстремальные условия могут привести к гибели наиболее уязвимых возрастных групп, но самые устойчивые выживают и дают новые генерации.
Например, человек рассматривается как биологический вид, имеющий сложную возрастную структуру. Устойчивость популяций вида проявилось, например, во время второй мировой войны.
Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях.
Устойчивость популяций вида в значительной степени зависит и от половой структуры, т.е. соотношения особей разных полов. Половые группировки внутри популяций формируются на базе различий в морфологии (форма и строение тела) и экологии различных полов.
Например, у некоторых насекомых самцы имеют крылья, а самки нет, у самцов некоторых млекопитающих имеются рога, но они отсутствуют у самок, у самцов птиц яркое оперение, а у самок маскирующее.
Экологические различия выражаются в пищевых предпочтениях (самки многих комаров сосут кровь, а самцы питаются нектаром).
Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей обоих полов при рождении. Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате физиологических, поведенческих и экологических различий самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность.
Анализ возрастной и половой структуры популяций позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений и лет. Это важно при оценке возможностей промысла рыбы, отстрела животных, спасения урожая от нашествий саранчи и в других случаях.
Статистические показатели популяции характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К ним относятся численность, плотность и показатели половой, возрастной, генетической, пространственно-этологический структур.
Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Она может изменяться во времени и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Различают непериодические (редко наблюдаемые) и периодические (постоянные) колебания численности популяции. Изменение численности популяции во времени называют динамикой численности.
Плотность – среднее число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или для гидробионтов – на единицу объема. Её важно знать, так как роль любого вида в экосистеме в значительной мере зависит от плотности его популяций.
Половая структура (половой состав) – соотношение особей мужского и женского пола в популяции.
Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей.
Различают первичное, вторичное и третичное соотношения.
Первичное – наблюдается при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1 и обусловлено генетическим механизмом определения пола. Вторичное – наблюдается при рождении. Третичное – наблюдается у взрослых половозрелых особей.
Например, у человека во вторичном соотношении преобладают мальчики, в третичном – женщины. На 106 мальчиков рождается 100 девочек, к 16-18 годам, из-за повышенной мужской смертности, это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам – 50 мужчин на 100 женщин.
В популяциях меченосцев соотношение полов зависит от рН среды. При рН=6,2 количество самцов в потомстве составляет 87-100%, а при рН=7,8 – от 0 до 15%.
У растений, в отличие от животных, половая дифференциация не имеет столь важного значения, так как, во-первых, у них велика значимость вегетативного размножения; во-вторых, для большинства видов свойственна либо двуполость (диморфизм) цветков, либо однодомность (полиморфизм).
Раздельнополые (двудомные) цветковые растения составляют не более 5% от общего числа современных видов (облепиха, тополь, бодяк полевой, щавель малый диморфизм).
Возрастная структура (возрастной состав) – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Определяется временем достижения половой зрелости, продолжительностью жизни, длительностью периода размножения, смертностью и др.
Возрастные состояния растений объединяют в 4 периода: покоя (семена), вегетативный (рост неплодоносящих растений), генеративный (плодоносящий) и сенильный (отмирающий).
Возрастная структура животных характеризуется количеством поколений – одно, два, или более. Или в зависимости от способности особей к размножению различают три группы: предрепродуктивную (особи не способны размножаться), репродуктивную (особи способны размножаться), пострепродуктивную (уже неспособны размножаться).
При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы, поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. В быстрорастущих популяциях доминируют интенсивно размножающиеся молодые особи, а в сокращающихся – старые, уже не способные интенсивно размножаться. Такие популяции малопродуктивны, недостаточно устойчивы.
Анализ возрастной и половой структуры популяции позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений, этим пользуются для оценки возможности промысла рыбы, в лесном хозяйстве, в охотничьих хозяйствах и прочих других ситуациях.
Возрастная структура популяций организмов разных видов варьирует в зависимости от продолжительности жизни, интенсивности размножения, возраста достижения половой зрелости. В зависимости от вида организмов она может быть более или менее сложной.
Сейчас считается общепринятым, что разновозрастные категории животных (разные когорты и генерации) несколько отличаются по своим генетическим особенностям (Шварц, 1969; Тимофеев-Ресовский и др., 1969). Сезонная и многолетняя динамика соотношения различных генотипов в популяции, связанная с изменением её возрастной структуры, выявлена по многим генетически детерминированным признакам. Отсюда следует, что спаривания особей, принадлежащих к разным возрастным группам («возрастной кросс»), способны существенно разнообразить общий генофонд популяции.
В целом возрастная структура популяций определяется соотношением различных возрастных групп (когорт) организмов в их составе. Возраст отражает, с одной стороны, время существования когорты в популяции, и в этом аспекте имеет значение абсолютный (календарный) возраст организмов. С другой стороны, возраст есть отражение онтогенеза; в этом аспекте большое значение имеет не календарный, а биологический возраст, определяющий стадийное состояние организмов, а вместе с тем и их роль в популяционных процессах (продукция биомассы, участие в размножении и т.п.).
Интенсивность размножения и темпы роста популяции в каждый данный момент определяются долей особей, находящихся в возрасте активной репродукции. Процент неполовозрелых животных в составе популяции отражает потенциальные возможности воспроизводственной функции на ближайшее будущее. Таким образом, знание возрастного состава популяции на фоне видоспецифических сроков развития и созревания может быть основой прогнозирования темпов роста популяций.
Возрастные спектры меняются во времени, что, в частности, связано с различием уровней смертности в разных возрастных группах. Зависимая от возраста смертность неодинакова у разных видов животных и в схеме может быть сведена к трём типам, определяющим закономерности отмирания особей в популяции (рис. 2.5.3).
У видов, характеризующихся относительно небольшой ролью внешних факторов смертности (погода, хищники и т.п.), кривая выживания возрастной когорты отличается слабым понижением до возраста естественной («физиологической») смерти с последующим резким падением, отражающим вымирание особей, достигших этого критического возраста (кривая I на рис. 2.5.3). В природе кривые такого типа характеризуют относительно небольшое число видов (например, насекомые с коротким сроком жизни, такие как подёнки). Сходный тип кривых выживания демонстрируют дрозофилы в лабораторных культурах, не подверженных выеданию хищниками. Близкой к этому типу выживания оказывается динамика смертности некоторых крупных позвоночных, а также человека (впрочем, в несбалансированных социальных условиях резко возрастает детская смертность и кривая выживания принимает иной вид).
Для очень многих видов характерна повышенная смертность в младших возрастных группах. У таких видов кривая выживания демонстрирует резкое падение в области младших возрастов, которое вскоре сменяется постепенным понижением, отражающим низкую и относительно равномерную смертность животных, переживших «критический возраст» (кривая III на рис. 2.5.3). При равномерном распределении смертности по возрастам, т.е. в случае независимости причин смертности от специфических возрастных свойств, характер выживания в идеале представляется в виде диагонально снижающейся прямой линии (кривая II на рис. 2.5.3). Приближающийся к этому типу характер выживания свойствен в первую очередь видам, развитие которых идёт без метаморфоза при достаточной степени самостоятельности и устойчивости рождающегося потомства, хотя идеально равномерной смертности, по-видимому, не существует. Во многих случаях видовая кривая выживания характеризуется комбинацией разных частей теоретических кривых (Гиляров, 1990).
Анализ параметров выживания и смертности в разных возрастных группах открывает возможность расчёта ожидаемой продолжительности жизни особей одной возрастной когорты. Составленные по основным демографическим параметрам таблицы выживания (life tables) могут служить основой анализа и прогнозирования популяционной динамики (табл. 2.5.1). При этом анализ возрастной динамики может быть основан на последовательных учётах численности отдельных возрастных когорт (как в приведённой таблице) или на статистическом анализе всех возрастных групп, существующих в популяции в период наблюдений (Гиляров, 1990).
Кривые и таблицы выживания рассмотренного типа применимы и к анализу возрастных состояний в популяциях растений. Во всех случаях динамические параметры отдельных возрастных когорт отражают механизм формирования возрастных спектров популяции.
В общей ритмике жизни популяции большое значение имеет то обстоятельство, что возрастные отличия включают не только общие параметры роста и развития, но и эколого-физиологические особенности, прямо влияющие на характер биологической активности популяции и её место в системе биоценотических отношений. Во многих случаях регистрируются достаточно ощутимые возрастные отличия в питании. С одной стороны, они расширяют круг трофических связей вида в целом, с другой — снижают уровень внутривидовой (внутрипопуляционной) конкуренции, что существенно для определения возможной численности популяции в составе биогеоценоза.
При внимательном исследовании удаётся выявить и более тонкие, но не менее значимые отличия (морфологические, физиологические и др.) возрастных когорт.
Различные по своим свойствам когорты играют неодинаковую роль в жизни и динамике популяции. Долго живущие и поздно созревающие животные из осенних выводков обеспечивают переживание популяцией трудного по экологическим условиям зимнего периода, сохраняя способность к размножению. Именно эта когорта большинства мелких млекопитающих составляет основу первого ранневесеннего цикла размножения и, дав потомство, довольно быстро отмирает. Их потомки — животные ранневесенних когорт, отличаясь высокой скоростью созревания, выполняют функцию максимально быстрого пополнения изреженной в течение нерепродуктивного периода популяции. Именно эти когорты представляют собой активную продуцирующую часть популяции и ответственны за темпы и величину нарастания численности и биомассы от весны к осени. К концу репродуктивного сезона большинство особей весенне-летних когорт отмирает. В зиму в основном уходит их потомство — зверьки, родившиеся во второй половине лета и осенью. Зимующая когорта начинает новый цикл.
Половая структура популяций обуславливается эволюционно закреплёнными механизмами формирования первичного (на момент зачатия), вторичного (на момент рождения) и третичного (во взрослом состоянии) соотношения полов. Соотношение полов имеет прямое отношение к интенсивности репродукции и самоподдержанию популяций. Помимо этого, физиологические и экологические отличия самцов и самок увеличивает степень эколого-физиологической разнокачественности особей, что ведёт к снижению уровня внутрипопуляционной конкуренции. В процессе воспроизводства популяции обоеполость не только определяет размножение, т.е. наращивание числа особей, но и способствует усложнению геномов отдельных особей и обогащению общего генофонда популяции. Можно полагать, что именно поддержание биологической разнокачественности послужило основой эволюционного формирования обоеполости. Половой процесс в виде обмена генетическим материалом между разными особями свойствен практически всем таксонам живых организмов наряду с вегетативным размножением, имеющим задачей наращивание биомассы и численности. Поддержание перекрёстного оплодотворения обеспечивается комплексом специальных адаптаций (разновременное созревание разного типа гамет у гермафродитных особей, перенос половых продуктов на большие расстояния и др.). В этом плане формирование качественно различающихся самцов и самок воспринимается как завершение этой тенденции с наиболее чётким обеспечением перекрёстного оплодотворения.
В силу этого, говорить о половой структуре популяции можно только в отношении видов с полной обоеполостью. В первую очередь, это относится к высшим группам животных. У растений половая дифференциация особей имеет не столь важное значение: во-первых, у них велика значимость вегетативного размножения; во-вторых, для большинства видов свойственна либо двуполость цветков, либо однодомность. Раздельнополые (двудомные) цветковые растения составляют не более 5 % от общего числа современных видов. У таких видов раздельнополые особи могут отличаться не только строением цветков, но и особенностями морфологии вегетативного тела, сроками наступления генеративного периода (у мужских растений — на 1–2 года раньше). Поэтому в онтогенезе популяции в молодом генеративном состоянии преобладают мужские особи, а среди средневозрастных и старших генеративных растений соотношение полов выравнивается и даже несколько сдвигается в сторону преобладания женских особей. У некоторых видов часть особей в начале генеративного периода продуцирует только женские генеративные органы, а к возрасту максимального плодоношения они становятся двуполыми (Заугольнова и др., 1988).
Наиболее отчётливо половая структура выражена у членистоногих и позвоночных животных. При этом у последних она представлена не только численным соотношением полов, но и различиями в биологии, в том числе связанными с формированием пространственной и функциональной структуры популяций.
Половая структура динамична и в своей динамике тесно связана с возрастной структурой популяции. Это обусловлено тем, что соотношение самцов и самок заметно изменяется в разных возрастных группах.
Первичное соотношение полов определяется чисто генетическими механизмами, основывающимися на разнокачественности половых хромосом (X- иY-хромосомы). Набор (пара) половых хромосом у самцов и самок различен. Так, у млекопитающих и у большинства других животных самки гомогаметны (ХХ), а самцы — гетерогаметны (XY); у птиц и бабочек — наоборот. На рисунке 2.5.4 дана схема генетического механизма определения пола.
Однако уже в процессе оплодотворения первичное соотношение полов может нарушаться теоретически вероятной избирательностью яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, или неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению. Сразу же после оплодотворения включаются и другие влияния, по отношению к которым у зигот и эмбрионов проявляется дифференцированная реакция. Они могут иметь эндогенную природу физиологического характера (например, разную частоту имплантации ХХ- и ХY-зигот), но могут иметь и характер средового влияния, направляющего развитие в сторону преобладания того или иного пола. Так, для многих видов рептилий для формирования пола установлено ведущее значение температуры развития. Тепловое влияние качественно неодинаково у разных видов рептилий, но достоверно определяет формирование самцов или самок в определённых интервалах температур. Аналогичная закономерность характерна для некоторых насекомых, в частности муравьёв, у которых оплодотворение обеспечивается лишь при относительно высоких температурах (>20С), а при более низких откладываются неоплодотворённые яйца. Из таких яиц вылупляются только самцы, а из оплодотворённых — преимущественно самки. Соответственно, температура развития определяет соотношение рождающегося потомства.
В результате различного рода воздействий на характер развития, а также неодинакового уровня смертности плодов разного пола, соотношение самцов и самок среди новорождённых животных — вторичное соотношение полов — отличается от генетически детерминированного.
Третичное соотношение полов характеризует этот показатель среди взрослых животных и складывается в результате дифференцированной смертности самцов и самок в ходе онтогенеза. Этот показатель прямо определяет особенности репродуктивного процесса и отличается у разных таксонов животных. В.Н. Большаковым и Б.С. Кубанцевым (1984) выделены четыре типа динамики половой структуры популяций млекопитающих. Для первого характерен неустойчивый половой состав популяции. Соотношение полов меняется даже в разных местообитаниях, а также в относительно короткие промежутки времени. Происходит это как на уровне вторичной, так и третичной половой структуры. В результате, соотношение полов, рассчитанное статистически за большой промежуток времени, обычно близко к единице. Такой характер динамики свойствен животным с коротким жизненным циклом, высокими показателями плодовитости и смертности и достаточно обширным ареалом (среди млекопитающих, например, — насекомоядным).
Тип динамики с преимущественным преобладанием самцов на фоне колеблющегося полового состава отмечается у животных, не образующих крупных скоплений, популяции которых не достигают высокой плотности. Видам, демонстрирующим такой тип динамики, обычно свойственны выраженные формы заботы о потомстве, связанные с большими затратами энергии. Из млекопитающих к этому типу принадлежат, например, хищники.
В противоположность этому, у ряда видов на фоне примерно равного соотношения полов во вторичной половой структуре формируется преимущественно преобладание самок в третичном соотношении полов. У таких животных самцы отличаются меньшей продолжительностью жизни и при неблагоприятных условиях отмирают в большем количестве. Этот тип динамики половой структуры свойствен, например, номадным полигамным млекопитающим (копытным, ластоногим), отличающимся большой продолжительностью жизни и относительно низким уровнем воспроизводства.
Наконец, для ряда групп животных характерно относительное постоянство полового состава при приблизительно одинаковом количестве самцов и самок. Такой тип структуры свойствен узкоспециализированным стенобионтным видам, чаще отличающимся высокой плодовитостью.
Таким образом, половая структура популяции лишь в самом обобщённом виде может быть представлена средним численным соотношением самцов и самок. Реально она характеризуется соотношением полов в различных возрастных группах и отражает не только интенсивность размножения, но и общий биологический потенциал популяции: ход численности, продукцию биомассы, уровень популяционных энергозатрат и др.
Генетические характеристики популяции. Генетически популяция характеризуется своим генофондом, который представлен совокупностью аллелей, образующих генотипы организмов популяции. Генофонды природных популяций отличает наследственное разнообразие (генетическая гетерогенность, или полиморфизм), генетическое единство, динамическое равновесие долей особей с разными генотипами.
Наследственное разнообразие заключается в присутствии в генофонде одновременно различных аллелей отдельных генов и разных комбинаций этих аллелей. Первично оно создаётся мутационным процессом. Мутации, будучи обычно рецессивными и не влияя на фенотипы гетерозиготных организмов, сохраняются в генофондах популяций в скрытом от естественного отбора состоянии. Накапливаясь, они образуют резерв наследственной изменчивости. Благодаря комбинативной изменчивости, этот резерв используется для создания в каждом поколении новых комбинаций аллелей. Объём такого резерва огромен. Так, при скрещивании организмов, различающихся по 1000 локусов, каждый из которых представлен десятью аллелями, количество вариантов генотипов достигает 101000.
Генетическое единство популяции обуславливается достаточным уровнем панмиксии. В условиях случайного подбора скрещивающихся особей источником аллелей для генотипов организмов последовательных поколений является весь генофонд популяции. Генетическое единство проявляется и в том, что при изменении внешних условий её генофонд преобразуется как единое целое, за счёт элиминации неблагоприятных комбинаций аллелей и увеличения частоты благоприятных комбинаций под действием естественного отбора.
Популяция — элементарная единица эволюционного процесса. Поэтому большой интерес представляет собой видовая специфика свойств организма, преобразование генофонда популяции под давлением отбора и некоторых специфических генетических механизмов, часть из которых непосредственным образом связана с особенностями экологии популяций (степенью их самостоятельности, наличием и характером волн численности, спецификой расселения и др.).
Однако специфика и степень сложности генофонда определяют не только микроэволюционные процессы, но и успешное существование популяции в разнообразных и динамических условиях среды. Широкий диапазон индивидуальной изменчивости лежит в основе устойчивости популяций при отклонениях условий от их средних, типичных характеристик. Чем генетически более разнообразна популяция, чем менее специализированы геноадаптации, тем выше экологическая пластичность популяции, что выгодно как в микроэволюционном плане, так и при повседневном приспособлении к текущим условиям среды (Gause, 1947; Шварц, 1972).
Если весь диапазон индивидуальной изменчивости адаптивных свойств в популяции представить в виде вариационной кривой, то её средние (модальные) характеристики отразят «настройку» этих свойств на средние, наиболее типичные и устойчивые условия среды (рис. 2.5.5 а). При изменении этих условий более адаптированными оказываются особи, не входящие в модальную группу, а отклоняющиеся от неё в сторону, адекватную изменённым условиям. Именно эти особи обеспечивают выживание и последующее восстановление популяции (см. рис. 2.5.5 б). Дальнейшая её судьба зависит от того, представляют ли изменения условий устойчивый, повторяющийся процесс или же это закономерное отклонение от нормы. В первом случае вступает в действие направленный отбор, ведущий к перестройке нормы реакции, и, соответственно, всего морфобиологического типа (см. рис. 2.5.5 г). Этот процесс — эволюционный. В случае же незакономерных колебаний условий вокруг устойчивых средних, популяции «выгоднее» сохранить исходный морфобиологический тип (см. рис. 2.5.5 в) с его наиболее генерализованными характеристиками. Это возможно лишь в том случае, если выжившие особи, фенетически весьма отличающиеся от средней нормы, генетически достаточно гетерозиготны, чтобы при скрещиваниях восстановить исходный тип изменчивости. В этом — специфика генетико-экологической реакции на смену условий.
Таким образом, поддержание высокого уровня гетерозиготности представляет собой важную экологическую задачу. Это экологический процесс, обеспечивающий устойчивость популяционной системы в колеблющихся условиях среды. В самом общем виде этот процесс может быть представлен как система специфических внутрипопуляционных отношений, направленных на снижение уровня инбридинга в размножающейся популяции.
Механизмы поддержания генетической гетерогенности.В классической популяционной генетике проблема поддержания определённого соотношения гомо- и гетерозигот в популяции рассматривается с позиций правила Харди-Вайнберга, постулирующего, что в панмиктической популяции, не подверженной давлению отбора, эти параметры стабилизируются уже после одной смены поколений. Поддержание этой стабильности обеспечивается случайным характером скрещиваний (рис. 2.5.6).
Частоты аллелей. Закон Харди-Вайнберга. В пределах популяции доля генотипов, содержащих разные аллели одного гена, при соблюдении некоторых условий из поколения в поколение не изменяется. Эти условия описываются основным законом популяционной генетики, сформулированным в 1908 г. английским математиком Дж. Харди (Hardy, 1908) и немецким врачом-генетиком Г. Вайнбергом (Weinberg, 1909), который гласит, что «… в популяции из бесконечно большого числа свободно скрещивающихся особей в отсутствие мутаций, избирательной миграции организмов и давления естественного отбора первоначальные частоты аллелей сохраняются из поколения в поколение».
Допустим, что в генофонде популяции, удовлетворяющей описанным условиям, некий ген представлен аллелями А1и А2, обнаруживаемыми с частотой p и q. Так как других аллелей в этом генофонде не встречается, то p+q=1. При этом q=1–p.
Соответственно, особи этой популяции образуют p гамет с аллелем А1и q гамет с аллелем А2. Если скрещивание происходит случайным образом, то доля половых клеток, соединяющихся с гаметами А1, равна p, а доля половых клеток, соединяющихся с гаметами А2–q. Возникающее в результате описанного цикла размножения поколение F1образовано генотипами А1 А1, А1 А2, А2 А2, количество которых соотносится как (p+q)(p+q)=p2+2pq+q2(см. рис 2.5.6).
По достижении половой зрелости особи А1 А1и А2 А2образуют по одному типу гамет — А1или А2— с частотой, пропорциональной числу организмов этих генотипов (p2и q2). Особи А1 А2образуют оба типа гамет с равной частотой 2pq/2.
Таким образом, доля гамет А1в поколении F1составит p2+2pq/2=p2+p(1-p)=p, а доля гамет А2будет равна q2+2pq/2=q2+q(1–q)=q.
Так как частоты гамет с разными аллелями в поколении F1в сравнении с родительским поколением не изменены, поколение F2будет представлено организмами с генотипами А1 А1, А1 А2и А2 А2в том же соотношении p2+2pq+q2. Благодаря этому, очередной цикл размножения произойдёт при наличии р гамет А1и qгамет А2. Аналогичные расчёты можно провести для локусов с любым числом аллелей. В основе сохранения частот аллелей лежат статистические закономерности случайных событий в больших выборках.
Уравнение Харди-Вайнберга в том виде, в котором оно рассмотрено выше, справедливо для аутосомных генов. Для генов, сцепленных с полом, равновесные частоты генотипов А1 А1, А1 А2и А2 А2совпадают с частотами аутосомных генов: p2+2pq+q2. Для самцов (в случае гетерогаметного пола) в силу их гемизиготности возможны лишь два генотипа А1- или А2-, которые воспроизводятся с частотой, равной частоте соответствующих аллелей у самок в предшествующем поколении: p и q. Из этого следует, что фенотипы, определяемые рецессивными аллелями сцепленных с хромосомой Х-генов, у самцов встречаются чаще, чем у самок.
Так, при частоте аллеля гемофилии, равной 0,0001, это заболевание у мужчин популяции наблюдается в 10 000 раз чаще, чем у женщин (1 на 10 тыс. — у мужчин и 1 на 100 млн. — у женщин).
Ещё одно следствие общего порядка заключается в том, что в случае неравенства частоты аллеля у самцов и самок, разность между частотами в следующем поколении уменьшается вдвое, причём меняется знак этой разницы. Обычно требуется несколько поколений для того, чтобы возникло равновесное состояние частот у обоих полов. Равновесное состояние для аутосомных генов достигается за одно поколение.
Закон Харди-Вайнберга описывает идеальные условия генетической стабильности популяции. В природе равенство Харди-Вайнберга соблюдается только в популяциях с высокой численностью и только по селективно-нормальным аллелям. В малочисленных популяциях это равенство нарушается дрейфом генов. В любых популяциях аллели, подвергающиеся естественному отбору, меняют свою частоту от поколения к поколению.
Менделевской называется популяция, в которой при размножении аллельные отношения генов подчиняются законам Менделя, т.е. комбинируются, проявляются в фенотипах в зависимости от степени доминирования и расщепляются во втором поколении. В природе эти равновесные менделевские популяции не встречаются. В законе Харди-Вайнберга перечислены условия, закономерно изменяющие генофонды популяций. Это факторы, ограничивающие свободное скрещивание (панмиксию), такие как неслучайное скрещивание, дрейф генов, избирательная миграция и, главное, естественный отбор. То есть, в природе полная случайность скрещиваний возможна лишь в порядке исключения. Для перекрёстно опыляемых растений установлено ограничение обмена генетическим материалом даже в пределах одной ценопопуляции. Это ведёт к генетической структурированности ценопопуляций в виде образования в их пределах форм с различными наборами признаков и степени их наследуемости (Завадский, 1968).
У животных свободная панмиксия возможна лишь в пределах низших таксонов, не обладающих сложной структурой взаимоотношений, да и в этом случае масштабы свободного обмена генетическим материалом всегда в какой-то мере ограничены неравномерностью условий среды и агрегированностью пространственного распределения особей. В популяциях высших животных панмиксия всегда ограничена вследствие иерархических взаимоотношений и соответствующей неравнозначности особей в проявлении различных форм активности, в том числе участия в размножении. В структурированных по взаимоотношениям внутрипопуляционных группах высших животных доминирующие особи имеют преимущества в спариваниях. Это особенно характерно для видов с жёсткой иерархической системой соподчинения.
У животных с менее жёсткой системой доминирования в размножении участвует, соответственно, большая доля самцов в популяции. Но элементы «скрытого» сексуального доминирования имеют место и в этом случае. Так, у территориальных животных из размножения исключаются особи, не сумевшие захватить и удержать участок обитания.
Среди обладающих территорией самцов участие в размножении также неодинаково, что, в первую очередь, связано с их положением в этологической структуре внутрипопуляционных групп. Эта закономерность подтверждена экспериментально: генетический анализ потомства у лабораторных мышей и у групп показал достоверное преобладание у молодых животных признаков самцов-доминантов.
Физиологические механизмы сексуального доминирования прямо связаны с эколого-физиологическими процессами установления и поддержания иерархии. Доминанты, несомненно, представляют собой особей, наиболее успешно приспособившихся к конкретным условиям, способных чётко и адаптивно реагировать на их изменения. Таким образом, сексуальное доминирование адаптивно на уровне популяции как механизм закрепления полезных генотипов доминирующих особей. Но, с другой стороны, направленное уменьшение случайных скрещиваний способствует снижению генетической гетерогенности популяции. Устранение этого противоречия — задача большой биологической важности. Установлено, что даже при самых жёстких формах иерархии сексуальное доминирование регулярно нарушается и в размножение включается дополнительный контингент самцов. Изучение различных видов млекопитающих показывает, что в сложившихся внутрипопуляционных группах доминанты регулярно сменяются. Доминирующую особь может вытеснить внедрившееся в группу новое животное, более сильное и агрессивное. В других случаях место доминанта может занять особь из той же группы в результате «перераспределения» рангов. Так, в опытах с грызунами было замечено, что в искусственных группировках спонтанно происходит смена доминантов. Новыми доминирующими особями становятся либо равноценные прежним по физиологическим качествам самцы, либо особи «пассивного» типа, не участвующие в борьбе за ранг и потому не подвергающиеся стрессорным влияниям внутригрупповой агрессии. Такие особи способны в какой-то момент вытеснить утомлённого борьбой доминанта. Подобное явление иногда удавалось зарегистрировать и в природе при работе с индивидуально помеченными животными. Одно из следствий перестройки внутренней структуры групп — участие в размножении новых особей и соответствующее усложнение генетической структуры.
Аналогичные явления характерны для многих других видов животных. Во всех случаях биологический смысл перестройки системы доминирования многие исследователи связывают с уменьшением вероятности инбридинга и соответствующего упрощения генетической структуры популяций.
Расселение особей за пределы мест рождения известно для многих животных. Широко известны и различные способы распространения семян растений на расстояния, превышающие возможность опыления в масштабах ценопопуляционных локусов и даже ценопопуляций. Процесс этот может быть пассивным (использование течений, ветра, форические связи в экосистемах), но может быть и активным, которое более характерно для животных.
Расселение молодняка у животных выполняет много функций в жизни популяции: «захват» пространства, повышение вероятности переживания неблагоприятных сезонов, смягчение территориальных отношений и т.д. Наряду с этим, в результате дисперсии в пространстве происходит регулярное «перемешивание» особей в популяции, что облегчает панмиксию и ведёт к обогащению генофонда популяции через снижение уровня инбридинга.
У молодых животных стимул к миграции, по-видимому, закодирован в генетической программе онтогенеза, но часто усиливается внутрисемейной агрессией, возникающей к моменту возмужания молодых. Это хорошо известно для многих видов грызунов, зайцеобразных (пищухи) и других млекопитающих.
У стадных животных эквивалентом расселения служат спонтанные перестройки внутренней структуры групп. Помимо смены вожаков известно и расщепление стад, что по биологическому значению в какой-то степени аналогично «внутрипопуляционным миграциям», характерным для обезьян, а также для некоторых групповых хищников — львов, гиеновых собак и др.
У многих копытных молодые самцы образуют холостяцкие стада, широко кочующие по территории — явление, по биологическому смыслу напоминающее процесс расселения молодняка у оседлых видов.
Мощным фактором, нарушающим случайный, стохастический характер спариваний у высших животных, оказывается избирательность по отношению к половым партнёрам. Половая избирательность может быть выражена в разных формах и неодинаково представлена у самцов и самок, но при всём многообразии форм выполняет три важные биологические функции: предотвращает слишком отдалённые (между видами и подвидами) скрещивания, закрепляет адаптивные свойства в пределах популяции и снижает частоту близкородственных скрещиваний, уменьшающих генетическую гетерогенность популяции. Первая из этих функций относится к процессам микроэволюции, две последние имеют важное экологическое значение: избирательное отношение к потенциальным половым партнёрам способствует устойчивости популяции через поддержание оптимального типа её генетической структуры.
В целом проблема форм и механизмов половой избирательности, особенно направленной на устранение близкородственных скрещиваний, остаётся слабо изученной. Но и имеющаяся уже информация показывает, что подбор генетически несходных половых партнёров имеет существенное значение в поддержании генетической структуры популяций.
Влияние ксенобиотиков на организм человека (аддитивное, синергетическое, антагонистское и независимое воздействие ксенобиотиков).
Патологические процессы, развивающиеся при воздействии ксенобиотиков на организм, могут рассматриваться как проявление дезорганизации его функционального и структурного состояния, необходимого для нормальной жизнедеятельности.
Характер и степень выраженности таких изменений при действии ксенобиотика обусловлены полученной дозой, зависящей от его концентрации в воздухе, времени воздействия и периода выведения из организма.
Кроме того, степень токсического эффекта зависит от токсичности вещества (меры его несовместимости с жизнью, определяемой во многом строением и физико-химическими свойствами ксенобиотика), других факторов внешней среды (температуры, атмосферного давления и др.) и биологических особенностей человеческого организма: пола, возраста и индивидуальной чувствительности.
Влияние пола в формировании токсического эффекта не является однозначным. К некоторым ксенобиотикам более чувствительны женщины, к другим – мужчины. Отмечается большая чувствительность женского организма к действию некоторых органических растворителей, особенно во время беременности, когда опасность отравления повышается и отмечается более тяжелое ее течение.
Влияние возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных веществ также не является одинаковым. Одни оказываются более токсичными для молодых, другие – для старых; токсический эффект третьих не зависит от возраста.
Индивидуальная чувствительность к ксенобиотикам выражена довольно значительно и зависит от особенностей течения биохимических процессов у разных лиц (так называемая биохимическая индивидуальность). Индивидуальная чувствительность определяется и состоянием здоровья.
Например, лица с заболеваниями крови более чувствительны к действию кроветворных ядов, с нарушениями со стороны нервной системы – к действию нейротропных ядов, с заболеваниями легких – к действию раздражающих веществ и пылей. Снижению сопротивляемости способствуют различные хронические инфекции и заболевания.
Последствия вдыхания ксенобиотиков зависят и от характера физической активности человека. Физическая нагрузка, оказывающая мощное и разностороннее влияние на все органы и системы организма, не может не отразиться на поглощении, распределении, превращении и выделении ксенобиотиков, а в конечном итоге – на течении интоксикации.
Динамические физические нагрузки активизируют основные вегетативные системы жизнеобеспечения – дыхание и кровообращение, усиливают активность нервно-эндокринной системы, а также многие ферментативные процессы.
Увеличение легочной вентиляции приводит к возрастанию общей дозы газообразных веществ и паров, проникающих в организм через дыхательные пути. В связи с этим увеличивается опасность отравления наркотиками, раздражающими парами и газами, токсическими пылями. Более быстрому распространению ксенобиотиков в организме способствует увеличение скорости кровотока и минутного объема сердца.
Повышение функциональной активности печени, желез внутренней секреции, нервной системы и увеличение кровоснабжения в интенсивно работающих органах могут сделать их более доступными действию токсических веществ.
Зачастую содержание вредных веществ в воздухе колеблется. Следует различать два основных случая: первый, когда изменение концентрации относительно невелико, и второй, когда такие изменения происходят от нуля за предельно допустимые уровни.
В таких случаях происходит особо сильное воздействие вредных веществ. Специфическое действие существенно колеблющихся во времени концентраций вредного вещества называется «интермиттирующим» (т.е. «перемежающимся» или «прерывистым»).
Из физиологии известно, что максимальный эффект воздействия на организм наблюдается в начале и в конце воздействия раздражителя, а потому частые и резкие колебания раздражителя – ксенобиотика ведут к более сильному воздействию его на организм.
Заметим, что воздействие табачного дыма как при пассивном, так и при активном периодическом выкуривании «сигаретки» также является интермиттирующим!
Следует отметить, что в большинстве случаев на наш организм воздействует целый букет ксенобиотиков различной природы.
При вдыхании одновременно или последовательно нескольких ксенобиотиков характер воздействия одного ксенобиотика оказывается опосредованно (через реакцию организма) взаимосвязан с воздействием других. Такое действие называется комбинированным.
Различают четыре основных вида комбинированного действия:
1. Независимое действие – результирующий эффект не отличается от изолированного действия каждого ксенобиотика, а потому преобладает эффект воздействия наиболее токсичного вещества. Воздействие других ксенобиотиков как бы маскируется, и эффект смеси ксенобиотиков определяется эффектом самого токсичного из них.
2. Аддитивное действие – результирующий эффект определяется простым сложением эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов.
3. Потенцированное действие (синергизм) – результирующий эффект превышает (иногда значительно) суммарное воздействие от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси больше суммы эффектов действующих компонентов. Это наиболее опасный и, к сожалению, плохо предсказуемый случай, т.к. любое вещество и в любом количестве может вызвать усиление действия относительно безвредной смеси других веществ.
4. Антагонистическое действие – результирующий эффект оказывается меньше (слабее) простого сложения эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси меньше суммы эффектов действующих компонентов.
Заметим, что хотя данный случай хорош для вредных веществ, но совершенно недопустим для лекарств! Вот почему, чем меньше различных лекарств человек одновременно употребляет, тем лучше.
Наряду с комбинированным действием веществ возможно и их комплексное воздействие, когда вещества поступают в организм одновременно, но разными путями: через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом, через желудок с пищей и водой, через кожные покровы.
В связи с нарастающим загрязнением не только воздуха, но и воды, и пищи значение такого комплексного воздействия возрастает. Сегодня мы одновременно дышим плохим воздухом, пьем плохую воду и едим плохую пищу.
Заметим, что в большинстве пищевых продуктов можно найти какие-нибудь добавки: в одних – красители, в других – ароматизаторы, в третьих – консерванты, в четвертых – нитриты и нитраты, в пятых – антибиотики, в шестых – … и так до бесконечности.
В условиях современной жизни, особенно в процессе промышленного и сельскохозяйственного производства, человеческий организм все чаще и чаще подвергается воздействиям сложного набора различных неблагоприятных факторов, ибо воздействие ксенобиотиков не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов окружающей среды: жары, холода, сухости, влажности, шума, вибрации, различного рода излучений и многого другого.
Такое воздействие называется сочетанным. При сочетанном воздействии вредных веществ с другими факторами эффект может оказаться более значительным, чем при изолированном воздействии того или иного фактора.
При одновременном воздействии вредных веществ и высокой температуры возможно усиление токсического эффекта. К основным причинам следует отнести изменение функционального состояния организма, нарушение терморегуляции, потери воды при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение многих биохимических процессов.
Учащение дыхания и усиление кровообращения ведут к увеличению поступления ксенобиотиков в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Кроме того, высокая температура воздуха увеличивает летучесть различных вредных веществ и тем самым повышает их концентрации в воздухе.
При повышенной влажности также может увеличиваться опасность отравлений, в особенности раздражающими газами. Причины состоят в усилении процессов взаимодействия с ксенобиотиками, повышении их задержки на поверхности слизистых оболочек, изменении агрегатного состояния. Растворение газов и образование мельчайших капелек кислот и щелочей способствуют возрастанию раздражающего действия.
Возрастание токсического эффекта зарегистрировано как при повышенном, так и при пониженном барометрическом давлении.
При повышенном давлении возрастание токсического действия происходит по двум причинам: во-первых, вследствие усиленного поступления токсического вещества, обусловленного ростом парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным переходом их в кровь; во-вторых, вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь, дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и анализаторов.
При пониженном давлении первая причина отсутствует, но усиливается влияние второй.
Шум может усиливать токсический эффект, что, например, доказано для оксида углерода, стирола, крекинг-газа, нефтяных газов, аэрозоля борной кислоты. Совместное воздействие окислов азота, формальдегида и городского шума оказывало на детей более выраженный негативный эффект по ряду физиологических показателей.
Вибрация аналогично шуму также может усиливать токсическое действие. Например, пыль кобальта, кремниевые пыли, дихлорэтан, оксид углерода, эпоксидные смолы оказывают более выраженное действие при сочетании действия с вибрацией по сравнению с воздействием чистых веществ.
Электромагнитные поля (ЭМП) также усиливают токсический эффект.
Совместное действие сернистого ангидрида, окиси углерода и ЭМП уменьшает систолический объем кровообращения; сернистого газа, окисей углерода и азота вместе с ЭМП ухудшает функцию внешнего дыхания; окись углерода и ЭМП так же, как сероуглерод и шум, способствует увеличению числа людей с пониженной работоспособностью.
Концепция устойчивого развития.
Предыстория возникновения концепции устойчивого развития. Развитие или рост
Существующий подход к концепции устойчивого развития вырабатывался в течение нескольких десятилетий, он основан на опыте работы в области развития. накопленном за это время. Возникновению и разработке концепции устойчивого развития во многом способствовала деятельность, проводившаяся в рамках Римского клуба. Большой толчок в этом направлении дала нашумевшая работа «Пределы роста», привлекшая самое широкое внимание к глобальным экологическим проблемам.
Важными приближениями к концепции устойчивого развития были обсуждаемые в работах Римского клуба концепция динамического роста, концепция органического роста, концепция динамического равновесия. Общее для всех этих подходов — сопоставление глобальной экономической системы с живым организмом, особенно ярко проявившееся в концепции органического роста. Количественный рост не играет роли в эволюции живых организмов или биологических систем. Главное место здесь принадлежит жизненной силе и способности к выживанию, т.е. качественному усовершенствованию и приспособлению к окружающей среде. Органический рост приводит к динамическому равновесию, потому что живой, зрелый организм постоянно обновляется.
Обществом, достигшим состояния динамического или устойчивого равновесия, является такое общество, которое в ответ на изменение внутренних и внешних условий способно устанавливать новое, соответствующее этим изменениям равновесие как внутри себя, так и в пределах среды своего обитания.
Что касается количественного роста, на котором сосредоточивалась традиционная экономическая наука, то он даже с чисто математической точки зрения рано или поздно должен остановиться, причем с самыми неблагоприятными последствиями. Самый яркий пример недифференцированного количественного роста в природе — размножение раковых клеток. Истинные пределы материального роста человечества определяются причинами не столько физического, сколько экологического, биологического и даже культурного и психологического характера.
В то же время концепция «нулевого роста» столь же неправомерна, как и концепция бесконечного роста.
Темпы роста сами по себе не имеют решающего значения. Достаточно высокие темпы роста могут и не приводить к неблагоприятным для окружающей среды последствиям. В то же время при низких или даже отрицательных темпах роста (т.е. экономическом спаде) состояние окружающей среды может ухудшаться, а запасы невозобновимых природных ресурсов истощаться.
Сегодняшняя российская экономика представляет собой ярчайшую иллюстрацию к последнему положению. Концепция устойчивого развития унаследовала от развивавшихся в работах Римского клуба концепций прежде всего фундаментальное отличие от господствующей в традиционной экономической науке концепции непрерывного экономического роста.
Различие между экономическим развитием и экономическим ростом является основополагающим для самого понятия «устойчивость». Рост направлен на количественное увеличение масштаба экономики в ее физическом измерении. Это предполагает увеличение объема и скорости материальных и энергетических потоков, проходящих через экономику, количественный рост народонаселения и увеличение объема запасов продуктов человеческого труда. Развитие же подразумевает качественные усовершенствования в структуре, конструкции и композиции физических объемов и потоков.
Потенциал экономического прогресса, базирующегося на устойчивом развитии, предполагает качественные усовершенствования большие, чем экономический рост, основанный только на увеличении количественных показателей. Подлинным экономическим прогрессом является только такой прогресс, который осуществляется не за счет окружающей среды, а, напротив, за счет согласования экономической деятельности и всего поведения людей с биогеохимическими циклами различного уровня и полного включения экономической системы в структуру глобальной замкнутой жизнеобеспечивающей среды. Если экономический рост, основанный исключительно на количественных показателях, в конце концов приводит к саморазрушению (и таким образом является «неустойчивым»), то понимаемое прежде всего в качественном смысле экономическое развитие устойчивым может быть.
Идеи, сходные с обсуждавшимися в работах Римского клуба, высказывались и советскими учеными. Так, Н. Ф. Реймерс предложил «стратегию термодинамического взаимодействия» — ограниченного преобразования природы с одновременным изменением общественных институтов.
Принципы устойчивого развития
Концепция устойчивого развития основывается на пяти основных принципах.
1. Человечество действительно способно придать развитию устойчивый и долговременный характер, с тем чтобы оно отвечало потребностям ныне живущих людей, не лишая при этом будущие поколения возможности удовлетворять свои потребности.
2. Имеющиеся ограничения в области эксплуатации природных ресурсов относительны. Они связаны с современным уровнем техники и социальной организации, а также со способностью биосферы справляться с последствиями человеческой деятельности.
3. Необходимо удовлетворить элементарные потребности всех людей и всем предоставить возможность реализовывать свои надежды на более благополучную жизнь. Без этого устойчивое и долговременное развитие попросту невозможно. Одна из главнейших причин возникновения экологических и иных катастроф — нищета, которая стала в мире обычным явлением.
4. Необходимо согласовать образ жизни тех, кто располагает большими средствами (денежными и материальными), с экологическими возможностями планеты, в частности относительно потребления энергии.
5. Размеры и темпы роста населения должны быть согласованы с меняющимся производительным потенциалом глобальной экосистемы Земли.
Особенно подчеркивается динамический характер устойчивого развития. Отмечается, что оно представляет собой не неизменное состояние гармонии, а скорее процесс изменений, в котором масштабы эксплуатации ресурсов, направление капиталовложений, ориентация технического развития и институционные изменения согласуются с нынешними и будущими потребностями.
Традиционная экономическая наука и концепция устойчивого развития
Современные экономические проблемы, заставившие обратить на себя внимание и вызвавшие к жизни концепцию устойчивого развития, в определенной степени порождены отставанием экономической мысли. Ни классики экономической науки, начиная с А. Смита, ни последующие экономические школы, в том числе марксистская не придавали значения экологическим ограничениям в экономическом развитии. И лишь в 70-е годы XX века, когда во всем мире резко обострились экологические проблемы, перед экономической наукой встала задача осмыслить сложившиеся тенденции эколого-экономического развития и разработки принципиально новых концепций развития.
В сущности, концепция устойчивого развития стала качественно новым подходом к проблемам, которые раньше или не замечались, или не осознавались как важные, или считались не относящимися к сфере экономической науки. Доминирующая до сих пор в экономике парадигма базируется на некоторых предположениях о мире, которые, будучи очень полезными для эффективного распределения ресурсов в краткосрочном промежутке времени, менее точны и полезны в работе с более долгосрочными, широкими и сложными проблемами устойчивого развития.
Р. Костанца и К. Фольке выделяют три иерархически взаимосвязанные проблемы, с решением которых связано устойчивое развитие. Они сводятся к поддержанию:
1) устойчивого масштаба экономики, который соответствовал бы ее экологической системе жизнеобеспечения;
2) справедливого распределения (distribution) ресурсов и возможностей не только в рамках нынешнего поколения людей, но также между нынешним и будущими поколениями, а также между человеком и другими биологическими видами;
3) эффективного распределения (allocation) ресурсов во времени, которое бы адекватно учитывало природный капитал.
Большинство представителей традиционной экономической науки полагали, что дистрибутивная проблема должна решаться политическими, а не экономическими методами. Проблема масштаба даже не рассматривалась в качестве существенной, поскольку признавалась возможность бесконечного замещения ресурсов и технологических изменений. Важно, что проблема масштаба и дистрибутивная проблема не могут быть решены в рамках рыночного механизма даже при условии совершенного» рынка в смысле учета всех внешних издержек. Скорее решение этих проблем должно быть найдено вне рынка, рынок же может использоваться как эффективный инструмент для претворения этих решений в жизнь.
Традиционная парадигма в значительной степени игнорирует проблему масштаба и дистрибутивную проблему как находящиеся «вне сферы» экономической науки. Экономическая наука рассматривается как ограниченная решением технических вопросов, возникающих в связи с эффективным распределением ресурсов. Но если определять экономическую науку более широко, а именно как «науку об управлении хозяйством» (такое значение несет греческое слово «экономика»), то она должна обращаться ко всем проблемам, возникающим в ходе такого управления, включая проблему масштаба хозяйства и дистрибутивную проблему, даже если последние и не вмещаются в рамки математических моделей и традиционных предписаний, употребляемых при решении проблемы эффективного распределения ресурсов.
Три точки зрения, объединяемые в концепции устойчивого развития
Разумеется, концепция устойчивого развития не могла бы стать столь распространенной, если бы не имелось соответствующих предпосылок как в недрах самой традиционной экономической науки, так и в обществе. Главной предпосылкой стали грандиозные перемены, произошедшие в мире в середине XX века. Если прежде ареной экономического роста были лишь несколько стран Европы и Северной Америки, то теперь в основанное на единых принципах мировое хозяйство оказался включенным практически весь мир.
Модель развития, применявшаяся развивающимися странами в 50-60-е годы, ориентировалась на достижение экономической эффективности. Считалось, что только эффективность экономической системы способна проложить путь ко всеобщему процветанию и покончить с неравенством как в рамках отдельно взятой страны, так и в мировом масштабе. Однако неоднократно указывалось на чрезвычайно низкую эффективность экономической системы промышленно развитых стран, основанную на непропорционально высоких затратах природных ресурсов.
К началу 70-х годов возрастающая численность бедных слоев населения в развивающихся странах и отсутствие преимуществ экономического развития привели к росту числа попыток непосредственно исправить ситуацию с распределением доходов. Становилось ясным: единственное, что может исправить ситуацию, это конкретные действия, предпринятые в широких масштабах и согласованные на мировом уровне. Парадигма развития переместилась в сторону уравновешенного роста, который в явной форме учитывал социальные цели (особенно задачу сокращения численности бедных слоев населения) и придавал им такое же значение, как и экономической эффективности.
Третьей основной задачей развития стала защита окружающей среды. К началу 80-х годов было накоплено большое количество информации, свидетельствующей о том, что деградация окружающей среды является серьезным препятствием для экономического развития. Указывалось на то, что пренебрежение к экологическим проблемам нельзя оправдать необходимостью решать другие, кажущиеся более неотложными задачи.
Таким образом, концепция устойчивого развития появилась в результате объединения трех основных точек зрения: экономической, социальной и экологической. В соответствии с этим часто говорят о трех целях устойчивого развития: экологической целостности, экоэффективности и экосправедливости.
Экономическое обоснование концепции устойчивого развития
С экономической точки зрения концепция устойчивого развития основывается на определении дохода, данном Дж. Хиксом. «В практической жизни определение уровня дохода преследует цель указать людям, сколько они могут потреблять, не делая себя при этом беднее». Это вполне согласуется с концепцией устойчивого развития, для которой наиболее плодотворным оказалось следующее из сделанных Хиксом в порядке последовательных уточняющих шагов определение дохода: «…доход индивида — это то, что он может в течение недели потребить и при этом все-таки ожидать, что и к концу недели его положение будет таким же, каким было и в начале».
Действительно, от понимания того, что полученный сегодня доход фактически не является доходом, если такой же не может быть получен завтра, до осознания бесперспективности не соотнесенного с ресурсными возможностями экономического роста оставалось сделать только один шаг. и этот шаг был сделан авторами концепции устойчивого развития. Из определения Хикса непосредственно вытекает ключевое для концепции устойчивого развития значение экономически оптимального использования ограниченных природных ресурсов.
Ограниченность ресурсов давно уже осознается как фундаментальный экономический факт. Однако вывод о фактической небесплатности «даровых благ природы» был сделан только в рамках концепции устойчивого развития. В настоящее время имеется большое число самых разных подходов к оценке стоимости природных ресурсов. Однако при решении вопроса о взаимозамещаемости производственного. природного и человеческого капитала и особенно при стоимостной оценке природных ресурсов возникают проблемы интерпретации.
Важно подчеркнуть, что именно экономический подход является стержнем концепции устойчивого развития. В то же время концепция устойчивого развития позволила по-новому взглянуть на само понятие «экономическая эффективность». Более того, выяснилось, что долгосрочные экономические проекты, при осуществлении которых принимаются во внимание природные закономерности, в конце концов оказываются экономически эффективными, а осуществляемые без учета долгосрочных экологических последствий – убыточными.
Социальная точка зрения
Концепция устойчивого развития социально ориентирована. Она направлена на сохранение социальной и культурной стабильности, в том числе на сокращение числа разрушительных конфликтов. В глобальных масштабах желательно также сохранить культурный капитал и более полно использовать практику устойчивого развития, имеющуюся в недоминирующих культурах. Для достижения устойчивости развития современному обществу придется создать более эффективную систему принятия решений, учитывающую исторический опыт и поощряющую плюрализм.
Именно осознание первостепенной важности решения социальных проблем явилось толчком к созданию Римского клуба и в конечном счете к возникновению самой концепции устойчивого развития.
Без справедливого распределения ресурсов и возможностей между всеми членами человеческого общества устойчивое развитие невозможно. Достижение достойной жизни и благосостояния для всех граждан мира должно стать главной целью мирового сообщества. Для устойчивого развития в первую очередь необходимо создание более равноправного общества на всех без исключения уровнях человеческой организации. Некий гарантированный минимальный уровень жизни должен быть неотъемлемым правом любого гражданина.
Вместе с тем возникает вопрос о социальном максимуме, т.е. о тех верхних пределах, за которыми потребление и расточительство становятся предосудительными и даже преступными. Ключевыми оказываются не те или иные темпы роста, а скрывающееся за ними распределение доходов. Материальное изобилие приносит с собой проблемы в такой же, если не большей степени, что и бедность.
Развитием социальной составляющей концепции устойчивого развития стала фундаментальная идея соблюдения прав будущих поколений. Природные ресурсы Земли являются общим наследием всего человечества, включая как ныне живущие, так и будущие поколения. Для устойчивого развития этот постоянный резервный фонд должен передаваться из поколения в поколение как можно менее истощенным и загрязненным.
Экологическая составляющая концепции устойчивого развития
С экологической точки зрения устойчивое развитие должно обеспечивать стабильность биологических и физических систем. Особое значение имеет жизнеспособность локальных экосистем, от которых зависит глобальная стабильность всей биосферы в целом. Более того, понятие природных систем и ареалов обитания можно понимать широко, включая в них созданную человеком среду, такую, например, как города. Основное внимание уделяется сохранению способностей таких систем к изменениям, а не сохранение их в некотором «идеальном» статическом состоянии. Деградация природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и утрата биологического разнообразия сокращают способность экологических систем к самовосстановлению.
Концепцию устойчивого развития следует отличать и от «экстремистских» эколого-экономических концепций, в частности от различных концепций экотопии-теории всяческого ограничения экономического развития. Основные направления концепции экотопии — возврат к природе, биологическое и культурное разнообразие, простые технологии, полный отказ от научно-технического прогресса. Выбор такого типа экономического развития, несомненно, скажется на понижении жизненных стандартов общества, поэтому он представляется малореальным. В то же время современные западные стандарты качества жизни и потребления просто невозможно распространить на все человечество.
Сохранение биосферы, таким образом, не может являться самоцелью устойчивого развития. Его цель — выживание человека как биологического вида. В то же время все большее число людей осознает, что само дальнейшее существование человечества будет невозможным, если деградация природной среды его обитания превысит некоторый, пока неизвестный, а возможно, и принципиально неустановимый, критический уровень.
Осуществляемое в гармонии с окружающей средой развитие может способствовать как удовлетворению целого ряда насущных потребностей людей, так и укреплению собственной основы развития. Давно замечена очевидная взаимосвязь между продуманностью действий в отношении окружающей среды и уровнем местного производства продовольствия. Это говорит о принципиальной возможности практической реализации концепции устойчивого развития. В самом деле, если биосфера Земли существует сотни миллионов лет, несмотря на все космические катаклизмы, подчас весьма разрушительные, почему не должна быть возможна стабильная экономическая система, основанная на тех же самых принципах, т.е. «устойчивая»?
Основные радионуклиды естественного и ядерно-энергетического происхождения, их метаболические свойства и периоды полураспада.
Радионуклиды бывают как естественного (их сравнительно мало), так и искусственного происхождения. Последних (для всех элементов таблицы Менделеева) физики получили уже более 2000. Десятки видов подобных активных ядер образуются при работе ядерных исследовательских или энергетических реакторов.
К главнейшим характеристикам радионуклидов относятся:
количество Z протонов (заряд ядра), которая и определяет, изотопом либо химического элемента есть этот радионуклид. Опираясь на данные химии и зная Z, можно многое сказать о химических свойствах атомов с радиоактивными ядрами;
количество нейтронов N и атомное число A (общее количество частиц в радиоактивном ядре). Ядра с одинаковыми Z и разными N (их называют изотопами) имеют разную устойчивость;
виды их излучения и энергии частиц;
время полураспада Тm — количество лет (суток ли часов), за которые половина исходного количества радионуклидов распадается с испусканием ионизирующего излучения.
Устойчивость ядер тем выше, чем большее время полураспада. Последний для различных неустойчивых ядер может очень отличаться. Для одних время полураспада может быть значительно меньше секунду, для других (как для урана или тория) он может превышать миллиард лет. В таблице приведены радионуклиды, которые имеют определенное экологическое значение, а также указано периоды полураспада и типы их излучения.
В этой таблице значком (+) обозначено излучения с малой энергией. Частица с такой энергией до остановки ионизирует 500-1500 молекул живого вещества. Знак (+ +) соответствует большей энергии и образованию до 6 тыс. пар ионов каждой частицей с такой энергией. А вот для энергии (+++) количество ионизированных молекул достигает 10 тыс. и более. Наибольшую энергию (++++) имеют ачастинкы, которые до остановки могут создать 100 тыс. пар ионов.
Если количество ионизированных молекул непосредственно свидетельствует об уровне вредности для живого определенного излучения, то этого нельзя сказать о его «длину пробега» (расстояние торможения). Расстояние пробега в мягких тканях человека ачастинок наименьшая (примерно 30 мкм = 0,03 мм), количество поврежденных молекул наибольшая. В β-частиц среднее расстояние пробега составляет 23 мм, в γ-лучей 30-50 см.
Если источник ионизирующего излучения расположен внутри нас, наибольшей будет жаль именно от α-частиц, в 10-12 раз меньше — от β-частиц и еще меньше (так как они частично вылетят из нас, не поглинувшись) — от γ-лучей.
Ситуация становится обратной, если источник излучения вне нас и удаленное на расстояние нескольких десятков сантиметров или 1-2 метра. Такой слой воздуха почти не поглощает упроменив, они становятся опасными. Значительно лучше поглощаются β-частицы, интенсивность потока уменьшается (умеренная опасность). Воздух не пропустит к нам α-частиц, исключая опасность с их стороны.
Если источник излучения находится на коже или близко от нее, то мертвые клетки верхнего слоя (или одежду) поглощают все α-частицы (те оказываются безвредными. Тело поглощает почти все β-частицы (вредные в данной ситуации) и значительную часть γ-квантов (несколько меньше вредность, чем в β).
Доказано, что многие радионуклидов Земля унаследовала от остатков сверхновых звезд. Взрыв одной из них мог быть толчком к началу образования Солнечной системы из облака космической пыли. С того отдаленного на миллиарды лет времени сохранились и не распались лишь единичные виды ретрорадионуклидив: калий-40, уран-238, уран-235 и торий-232. Они и продукты распада тяжелых ядер и составляют большинство природных радионуклидов, формируют естественное поле радиации.
Вторая (меньшая) часть естественных радионуклидов с небольшой массой ядер непрерывно рождается (преимущественно в верхней атмосфере) как продукты столкновения потока космических частиц с ядрами атомов атмосферы и почвы (углерод-14, тритий и другие). их вклад в естественный радиационный фон незначителен, и пренебрегать его, конечно, нельзя. их мало, но они принадлежат к тем элементам, которые входят в состав живого вещества. Поэтому они легче, чем тяжелые элементы, «встраиваются» в молекулы белков, ДНК и вредят, словно диверсанты.
Калий широко распространен в природе. Содержание радиоактивного 40К в природной смеси изотопов калия составляет 0,012 % по массе, период полураспада40К равен Т1/2 = 1,28×109 лет. 40К испускает b-частицы с максимальной энергией b-спектра Ebmax = 1312 кэВ и g-кванты с энергией 1461,8 кэВ. В организм человека калий поступает с водой и пищей, в основных продуктах питания содержание изотопа 40К колеблется в диапазоне от 20 до 200 Бк/кг. Распределение калия по всему организму близко к равномерному, за исключением красного костного мозга, где его концентрация примерно в два раза выше. Содержание калия в теле взрослого человека почти постоянно и составляет около 140 г, при этом удельная активность 40К около 60 Бк/кг.
 87Rb – чистый b-излучатель с Ebmax = 274 кэВ и Т1/2 = 4,8×1010 лет. Предполагается, что в организме человека 87Rb распределяется так же, как и 40К (т.к. они близки по химическим свойствам), общее содержание рубидия в теле взрослого человека около 700 мг.
 Ряд урана-радия. 238U является родоначальником семейства, состоящего из 19 нуклидов (рис. 2.1). Если рассмотреть цепочку распада 238U, можно заметить, что она состоит из элементов, отличающихся химическими свойствами и средними временами жизни. Содержание того или иного радионуклида в каком-либо объекте окружающей среды будет зависеть от миграции его предшественников.
Превращение 234Th в 234U происходит довольно быстро, поэтому можно полагать, что между 238U и 234U будет соблюдаться вековое равновесие[4], значит удельная активность всех радионуклидов от 238U до 234U в объектах окружающей среды (и в организме человека) будет одинаковой. Следующий за 234U230Th имеет достаточно большой период полураспада — 8×104 лет, и поскольку его химические свойства отличны от свойств урана, процессы выщелачивания из минералов будут отличаться от аналогичных процессов для урана, и 230Th уже не будет в объектах окружающей среды находиться в равновесном состоянии с 238U. Нуклид 226Ra, дочерний продукт распада 230Th, принадлежит ко II группе элементов таблицы Д.М.Менделеева (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), и его химические свойства резко отличаются от свойств актинидов (Th, Pa, U), следовательно, процессы миграции 226Ra будут совершенно другими по отношению к его предшественнику. Удельная активность 226Ra может в несколько раз отличаться от удельной активности родоначальника семейства 238U даже в первичных минералах, не говоря уже о почве. Дочерний для 226Ra радионуклид 222Rn – тяжелый (в 7,5 раз тяжелее воздуха) инертный газ, без вкуса и запаха. Период полураспада 222Rn (3,8 сут) достаточно велик для того, чтобы его выход из почвы (материнского вещества) за счет диффузии был заметен. Как правило, удельная активность 222Rn и его дочерних продуктов внутри почвообразующих минералов в несколько раз меньше, чем удельная активность предшественника 226Ra.
Дочерние продукты выходящего из почвы 222Rn образуют радиоактивные аэрозоли. Короткоживущие продукты распада вплоть до 214Po не успевают вместе с аэрозолями осесть на поверхность почвы, а родоначальник следующего подсемейства − долгоживущий 210Pb (Т1/2 = 21 год) может перемещаться с аэрозолями на значительные расстояния, оседать на поверхность почвы и накапливаться в различных растениях. При накоплении в растениях в самом подсемействе 210Pb могут возникать нарушения равновесия вследствие различных химических свойств 210Pb и дочернего 210Po.
Аэрозоли из ряда урана-радия являются основным источником естественного внутреннего облучения человека.
Таким образом, семейство 238U может рассматриваться как пять подсемейств, каждое из которых по своему воздействию на биологические объекты рассматривается отдельно. Родоначальники этих подсемейств 238U, 230Th, 226Ra, 222Rn, 210Pb.
В организме взрослого человека содержится примерно 0,09 мг урана, а радия около 3,1×10-8 мг (оба содержания соответствуют 1,1 Бк/все тело).
 Цепочка распада 232Th (рис. 1.2) также может быть разделена на несколько подсемейств: 232Th, 228Rа — 224Rа, 220Rn — 208Tl. Поскольку период полураспада 228Rа (5,8 лет) меньше, чем у 226Ra в семействе 238U (1600 лет), относительный сдвиг равновесия здесь будет выражен слабее. Что касается 220Rn, имеющего период полураспада всего 55 с, его выход из почвы значительно меньше, чем выход 222Rn из семейства 238U, из-за этого активная концентрация 222Rn в воздухе обычно на несколько порядков выше, чем у 220Rn (торона).
Торий является основным «внешним» облучателем человека, в основном, за счет g-линии 2,61 МэВ изотопа 208Tl. В костной ткани взрослого человека тория содержится менее 0,05 мг, т.е. не более 0,2 Бк.
Медико-биологические, социальные и экономические последствия аварии на Чернобыльской АЭС для граждан Украины, Белоруссии, России, Брянской области.
Чернобыльская АЭС первая АЭС на Украине , вблизи г. Чернобыля. Общей мощностью 4 млн. квт. Первую очередь 2 реакторы по 1 млн. квт. введен в действие в 1975г другу 2 реакторы в 1983г. 26 апреля 1986г. в 1 ч. 23 мин. На 4-му реакторе ЧАЭС относить взрыв, который привел к наибольшей техногенно-экологической катастрофе современности, создал ситуацию, влияние которой будет сказываться на жизни не одного поколения. Вследствие государственных мероприятий этот блок было похоронено в спец. саркофаге. А в 2001г. Было закрыто.
Чернобыльская катастрофа по своим последствиям влияния на жизни людей и природу относится к экологическим катастрофам планетарного масштаба. Вот горькие факты высокую дозу облучения получили 20 млн. чел. погибли десятки тысяч от лучевой болезни нанесен материальный ущерб 4,8 млн. чел. перемена места жительства коснулась 200 тыс. чел. заражена Территория на 130 тыс. м2. Сильно пострадала территория, находящаяся в непосредственной близости от 4-го блока.
От мощного облучения короткоживущими изотопами погибла часть хвойного леса. Умершая хвоя была рыжего цвета, а сам лес таил в себе смертельную опасность для всех, кто в нем находился. После осыпания хвои из голых ветвей проглядывали редкие зеленые листья березы, это говорило о большей устойчивости лиственных деревьев к радиации. У выживших хвойных деревьев летом 86 г. наблюдалось ингибирование роста, некроз точек роста, рост спящих почек, уплощение хвои, иголки ели по длине напоминали сосновые . Вместе с тем наблюдались компенсаторные реакции увеличение продолжительности жизни хвои в ответ на снижение митотической активности и рост спящих почек в связи со смертью точек роста.
Весь мертвый лес площадью в несколько га был вырублен, вывезен и навсегда погребен в бетоне. В оставшихся лесах предполагается замена хвойных деревьев на лиственные. В результате катастрофы погибли все мелкие грызуны. Исчез с лица земли целый биоценоз хвойного леса, а сейчас там буйное разнотравье случайной растительности.
Вода так же подвержена радиоактивному загрязнению, как и земля. Водная среда способствует быстрому распространению радиоактивности и заражению больших территорий до океанических просторов. В Гомельской области стали непригодными для использования 7000 колодцев, ещ из 1500 пришлось несколько раз откачивать воду. Пруд-охладитель подвергся облучению свыше 1000 бэр. В нем скопилось огромное количество продуктов деления урана. Большинство организмов, населяющих его, погибли, покрыли дно сплошным слоем биомассы.
Сумели выжить лишь несколько видов простейших. Уровень воды в пруде на 7 метров выше уровня воды в реке Припять, поэтому и сегодня существует опасность попадания радиоактивности в Днепр. Стоит, конечно, сказать, что усилиями многих людей удалось избежать загрязнения Днепра путем осаждения радиоактивных частиц на построенных многокилометровых земляных дамбах на пути следования зараженной воды реки Припять. Было также предотвращено загрязнение грунтовых вод под фундаментом 4-го блока был сооружен дополнительный фундамент.
Были сооружены глухие дамбы и стенка в грунте, отсекающие вынос радиоактивности из ближней зоны ЧАЭС. Это препятствовало распространению радиоактивности, но способствовало концентрации е на самой ЧАЭС и вокруг не. Радиоактивные частицы и сейчас остаются на дне водоемов бассейна Припяти. В 88 г. принимались попытки очистки дна этих рек, но в связи с развалом союза не были закончены. А сейчас такую работу вряд ли кто-нибудь будет делать.
Авария на ЧАЭС привела к выбросу из активной зоны реактора 50 МКи радионуклидов и 50 МКи радиоактивных благородных газов, что составляет 3-4 от исходного количества радионуклидов в реакторе, которые поднялись с током воздуха на высоту 1200 м. Выброс радионуклидов в атмосферу продолжался до 6 мая, пока разрушенную активную зону реактора не забросали мешками с доломитом, песком, глиной и свинцом. И все это время в атмосферу поступали радионуклиды, которые развеялись ветром по всему миру. Отдельные мелкодисперсные частицы и радиоактивные газы были зарегистрированы на Кавказе, в Средней Азии, Сибири, Китае, Японии, США. 27 апреля в Хойниках радиационный фон составлял 3 Рч Хватит и пяти дней, чтобы чтоб заболеть хронической лучевой болезнью. 28 апреля на большей части северной Европы, в частности в Дании наблюдалось повышение радиационного фона на 10 от исходного уровня . Сложные метеорологические условия и высокая летучесть радионуклидов привели к тому, что радиационный след сформировался в виде отдельных пятен.
Наряду с сильным загрязнением попадались участки совсем не загрязненные.
Выпадение радиоактивности наблюдалось даже в районе Балтийского моря в виде длинного узкого следа. Сильному радиоактивному загрязнению подверглись Гомельская и Могилевская области Белоруссии, некоторые районы Киевской и Житомирской областей Украины, часть Брянской области России. Но основная часть радионуклидов осела в так называемой 30-километровой зоне и к северу от нее. В выбросах было выделено 23 основных радионуклида.
Большая часть из них распалась в течение нескольких месяцев, облучая при этом все вокруг дозами, в несколько десятков и сотен раз превосходящих фоновые. Из этих нуклидов наиболее опасен йод-131, имеющий период полураспада 8 сут и обладающий высокой способностью включаться в пищевые цепи. Однако его воздействие кратковременно, и заражения им человеку легко избежать путем проведения йодопрофилактики т.е. в молекулы организма включается только нормальный йод, а радиоактивному как бы уже и места нет и он спокойно выводится из организма и снижения потребления продуктов, превышающих санитарные нормы содержания его. В первые месяцы после аварии было категорически запрещено вести какую-либо хозяйственную деятельность на загрязненной территории, поэтому со стороны йода опасности заражения продуктов питания не возникло, она заключалась лишь в альфа- и бета- излучении.
Из долгоживущих изотопов, которые лучше назвать среднеживущими, наиболее значимыми являются стронций-90 и цезий-137 с периодами полураспада соответственно 29 и 30 лет. Они обладают рядом особенностей поведения в организме, путей поступления и способов выведения из организма, разные продукты обладают различной способностью концентрировать их в себе. Так, в 90 г. в Хойническом районе Гомельской области Белоруссии содержание цезия-137 в мясе в 400 раз в картофеле в 60 раз в зерне в 40-7000 раз в зависимости от вида и места произрастания в молоке в 700 раз, а стронция в 40 раз было выше нормы.
Стронций-90. В организм попадает с едой и водой.
Как и кальций откладывается преимущественно в костных тканях, которые содержат в себе жизненно важные кроветворные органы. Поэтому стронций-90 очень опасен для людей. Для того чтобы вывести его из организма, понадобится 18 лет. Цезий-137. Попадает в организм человека с едой. В живых организмах он может заменять калий, и распространятся по всему организму, очень опасен для людей.
Что же можно сказать о таких долгоживущих изотопах, как калий-40, плутоний-239 и других, выбросы которых также имели место, периоды полураспада которых исчисляются тысячами и миллионами лет, об их участии в загрязнении окружающей среды сказано достаточно мало. Можно лишь сказать, что радиоактивный калий так же активно вступает в метаболизм, как и стабильный его изотоп, а плутоний, попадая в легкие, даже в очень малых концентрациях, способен вызвать рак их. Нуклиды плутония. Наиболее опасным для человека является вдыхание плутония, который накапливается в легких.
Плутоний может попадать в организм человека с едой и водой. Он откладывается в костях. Криптон-85. Является продуктом деления. После разбавления он попадает в атмосферу. Криптон практически не растворим в воде. Радиационное влияние на человека происходит преимущественно через облучение кожного покрова. Кроме того, накопление в атмосфере криптона способствует потенциальной опасности изменения электропроводимости воздуха, что может вызвать глобальное последствие. Но что же было сделано для того, чтоб очистить зараженные территории от радионуклидов, чтоб больше не подвергать людей этой опасности. Ведь отдаленные последствия хронического действия малых доз радиации малоизученная область знания, почти ничего не известно о влиянии этого фактора на потомство.
Одно можно сказать, что сколь угодно малой не была доза, она обязательно даст о себе знать. Дезактивация территорий заключалась в одном смыве радиоактивной пыли с поверхностей предметов. Это, конечно, важно и необходимо, но кто подумал о том, куда это вс смывалось, о земле, и так уже зараженной. Даже более того, 30-ти километровая зона была объявлена своеобразной лабораторией, полигоном научных исследований для изучения влияния радиации на природу, следовательно не принималось никаких попыток по дезактивации почв. За пределами 30-километровой зоны таких работ также не проводилось, хотя науке известны способы выведения радионуклидов из почв. Основным принципом таких работ является перевод радионуклидов в растения с последующим их выкосом и захоронением.
Ионы в почвах могут существовать в двух видах в растворимом и адсорбированном.
В адсорбированном виде они недоступны для растений. Сорбционная способность почв зависит от типа почв, наличия в них тех или иных веществ, оводненности и многих других факторов. Сорбция велика при наличии органических веществ в почве. Она значительно снижается при низких значениях рН, при наличии комплексонов, а также атомов-аналогов, которыми являются для Со,Y и Се Fe и Al, для Sr и Cs Са и К. Адсорбированные же ионы легко вытесняют друг друга в соответствии с рядом активности металлов.
Стронций вытесняется ионами железа и меди, к тому же сам обладает достаточной подвижностью в почвах. Цезий практически не вытесняется, но по данным Куликова И.В. и др. 7 десорбируется водными растительными экстрактами и ЭДТА. Его подвижность увеличивается в почвах с высоким содержанием К и Са. Эта проблема требует дополнительных исследований.
Радиоактивный йод сделал свое черное дело. Впервые месяц-два он приводил к облучению щитовидной железы. Потом радиоактивный йод исчез из-за своего распада. В организм людей радиоактивный йод попадал поначалу с вдыхаемым воздухом, позже — с молоком и молочными продуктами. Попав внутрь, он активно захватывался из крови щитовидной железой, приводя к местному облучению в дозах, способных повлиять на функции этого органа. К сожалению, высокие дозы на щитовидную железу получили многие тысячи людей.
При этом сильнее взрослых от облучения щитовидной железы пострадали дети. После облучения щитовидной железы временно нарушается выработка ею гормонов, регулирующих важные стороны жизнедеятельности организма. У некоторых функция щитовидной железы может нарушиться надолго, привести к длительно протекающему заболеванию. Как уберечься от заболевания щитовидной железы одна из мер — профилактический прием таблеток или жидкостей, содержащих обычный йод, разумеется, в предписанных количествах.
Щитовидная железа насыщается стабильным йодом, отчего снижается захват ею йода радиоактивного. Облучение всего тела, а также таких органов, как легкие и кости, за счет долгоживущих радионуклидов, началось вскоре после аварии, создастся радиационный риск отдаленных последствий дня проживающих там людей. Имеется возможность ухудшения состояния здоровья за счет иных причин, вызванных аварией. Неизбежно сказываются на здоровье ограничение потребления местных свежих овощей и фруктов, ограничение пребывания детей на свежем воздухе, в особенности в лесу, на реке, переселение из родных мест. А психологическое потрясение, вызванное аварией Авария нанесла огромный экономический ущерб, опустошивший и кошелек здравоохранения.
Все это тоже вредные последствия аварии для здоровья, хотя непосредственно они не вызываются облучением. Понимать действительную причину важно, разумеется, нс для теории, а для выработки разумных действенных мер по смягчению последствий этой катастрофы.
Радиационный риск вероятность того, что облучение приведет в будущем к последствиям, которые сразу появиться не могут, например, к раковому заболеванию у облученного человека или врожденным нарушениям здоровья у его потомства. Рак не может развиться сразу после облучения, а лишь спустя многие Iоды. Вредные последствия у потомков тоже, понятно, проявляются никак не раньше их рождения, а то и много позже. Отсюда и название этих последствий отдаленные.
Облучение геноцид для всех последующих поколений. Последствия внутриутробного облучения плода проявляются в виде умственной отсталости. Особенно чувствителен к излучению детский организм. Обследования в Брянской области показали, что 70-80 детей страдают от сильных головных болей, необычной усталости, упадка сил. Даже и сейчас тягостное впечатление оставляют опустевшие деревни с заколоченными окнами и одичавшими домашними животными, дорожные знаки, предупреждающие о радиоактивной опасности Жителям нельзя одно, нельзя другое есть свои овощи и фрукты, пить молоко от своей коровы, собирать ягоды и грибы.
Холодом веет от слов зона жесткого контроля, зона отселения зона отчуждения не покидает чувство тревоги особенно за детей ведь излучение нельзя ни видеть, ни слышать, ни осязать. Радиомедики утверждают, что болезни, вызываемые ядерным распадом, связаны с психическим состоянием, нервным потрясением, боязнью заболеть радиофобия. Жизнь и здоровье человека, высшие ценности, и надо делать все возможное, чтобы улучшить здоровье людей.
Но только ресурсы любой, даже самой богатой страны всегда ограничены. В ряде районов Брянской и Калужской областей, подвергшихся радиоактивному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС, все еще отмечается превышение содержания радионуклидов в продуктах питания и, в первую очередь, в молочных продуктах и дикорастущих плодах. Организована система постоянного контроля за качеством продовольствия, в частности, содержание радионуклидов в пищевых продуктах и сырье в Брянской и Калужской областях.
В обеспечении радиационно-гигиенического благополучия населения актуальными являются вопросы снижения дозовых нагрузок за счт медицинских рентгенологических исследований и природных источников радиации. После аварии на ЧАЭС вокруг нее была выделена 30-км зона. Географически она представляет собой круг площадью более 2,8 тыс. км2, в центре которого находится атомная станция. В целях предотвращения выноса радиоактивности за пределы зоны отселения на другие территории страны она закрыта для свободного проезда и доступа в нее посторонних лиц. Въезд в зону и въезд из нее транспортных средств и людей осуществляется по специальным пропускам через контрольно-пропускные пункты.
Зона отчуждения ограждена и имеет автоматические средства контроля. Количество проживающих на загрязненных территориях на Украине 320 человек. За 14 лет умерло свыше двенадцати с половиной тысяч ликвидаторов.
Количество умерших и умирающих от украденных из зоны радиоактивного метала и стройматериалов неизвестно. Сколько они проживут неизвестно. Сколько они выручили денег за это тоже не известно. Будущее распадающегося саркофага — объекта Укрытие — неизвестно. На нижних уровнях объекта Укрытие, известного под названием саркофаг, обнаружили топливодеющие массы. Никто не знает количества, места их расположения и состояния этих масс, находящихся под саркофагом. Решили что нужно, как можно быстрее защитить сооружение от грунтовых вод. Соответствующие проекты были, но вот к их реализации так никто и не приступил.
Оказалось, что за 15 лет так и не было изучено состояние объекта Укрытие. Попасть туда практически невозможно. Никто не рискнет проникнуть к сердцевине саркофага, где за одно посещение можно получить годовую дозу радиации. Известно, что внутри саркофага происходят реакции радиоизотопов, выделяются тепло, газ, возможно, синтезируются новые, неизвестные науке, вещества.
Саркофаг пыхтит и протекает в почву, в воду, В конечном итоге в Днепр, из которого пьют две трети Украины. Один интересный объект пруд- охладитель, который находится в 6 км от ЧАЭС, на правом берегу реки Припять. В иле на дне пруда содержится топливо, которое уже частично растворилось. Его радиоактивность составляет от 3 до 16 млн. хлоры. Это очень внушительная цифра. Но этому объекту не представили статуса могильника. Малейший поворот русла Припяти, и все попадет в Днепр. Плутоний осядет на дне Черного моря, где и будет распадаться 24 тыс. лет. О городке, где до аварии жили специалисты — ядерники, совсем позабыли.
Чтобы не заниматься городом, его предлагают сделать памятником аварии планетарного масштаба. В Припяти уже 16 лет никто не живет. Крыши домов разъела коррозия, и в некоторых местах из них вода уже доходит до подвалов. Есть все признаки того, что в случае обрушения домов, строительную пыль, вперемешку с радионуклидами, ветер разнесет далеко за пределы зоны. По сути, произойдет радиоактивное вторичное загрязнение.
Какой территории решает ветер. Так называемые малые дозы радиации, воздействовавшие на людей в течение почти 15-ти лет, по мнению многих ученых, опаснее боле серьезных доз. Эффект от малых доз опаснее, потому что организм не включает против них защитные механизмы. Накопление в костях людей плутония, трансурановых элементов приводит к генетической нестабильности, к аномалиям, которые могут передаваться по наследству. Фактически, сейчас, почти все жители, подвергшихся заражению районов, носят в себе миниатюрный реактор, топлива в котором с каждым годом становится все больше.
По мнению специалистов, ныне в зараженных районах возникла новая популяция людей, животных и микроорганизмов, с повышенной чувствительностью к радиации, химическим веществам и даже к медицинскому лечению. Речь идет не только об увеличении числа врожденных уродств или раковых заболеваний. Это крайние точки радиационного воздействия. Для всего мира куда опаснее то, что из поколения в поколение у людей, испытывающих воздействия малых доз, будет наблюдаться катастрофическое снижение иммунитета.
Одновременно этим поколениям придется столкнуться с мутирующими микроорганизмами. На фоне этого возможно возникновение самых чудовищных и принципиально новых заболеваний. Украина имеет все шансы стать всемирным рассадником заразы. Интересно, что и сама ликвидация последствий Чернобыльской катастрофы. В 1986г. на пылающий реактор, в котором температура составляла тогда 3000 градусов, с вертолетов сбрасывали свинец.
Свинец смешивался с цезием-137 и испарялся. Сейчас у детей прилегающих областей Украины, России и Белоруссии в костях и внутренних органах находится не только цезий, но и свинец. По словам Коновалова, никаких признаков уменьшения количества радионуклидов на зараженных территориях не наблюдается. Благодаря неосведомленности широкой аудитории и выступлению компетентных лиц Изрогин, Велихов и др. В мае 1986г. радиация ассоциировалась исключительно с радиоактивным йодом. Йод, который попадает в атмосферу, садится на овощи и травяной покров.
Йод, который содержится в жидкостях, и которые сбрасывают в водохранилища, на ядерных предприятиях накапливается в рыбе или растениях. Пути проникновения йода в организм человека разные С воздухом, который мы вдыхаем, при употреблении овощей, рыбы или молока и, поглощенный человеком, он концентрируется в основном щитовидной железе. Разрушенные активные зоны реактора выкидывают еще много других радионуклидов, в том числе в пострадавших районах за последние года наблюдался рост числа заболеваний верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, нарушение действия иммунитета, психических расстройств, болезней системы кровообращения, разных нарушений беременности.
Оказывается ряд неспецифических нарушений цитологических, биохимических, именных, которые могут быть связанные как с действием радиации, так и с ухудшением экологической обстановки и стрессовыми ситуациями. Особенное беспокойство органов охраны здоровья на местах вызывает состояние щитовидной железы у детей, которые пострадали от действия радиоактивного йода. Везде распространена гиперплазия щитовидной железы.
При хроническом воздействии ионизующего излучения через ряд последовательных поколений ожидается приблизительно 10-кратное увеличение уровня мутаций, сравнительно с эффектом, который наблюдался в1-м поколении, что составляет 400-3400 случаев наследственных аномалий при дозе один бер за поколение и на один миллион навороженных.
Таким образом, невозможно говорить о безопасном постоянном проживании населения на зараженной территории. Обратимся к цифрам Из зоны загрязнения было эвакуировано 10 тис. человек подвергшихся облучению. Вместе с тем участия в ликвидации последствий брали 800 тис. человек.Из 30 человек первыми бросившимися в ад, 28 скончалось от острой лучевой болезни. Из персонала в 237 человек находившихся в зоне аварийного блока умерло от острой лучевой болезни 28 человек.
Всего от начала аварии по сегодняшний день умерло 300 тис. человек и вымирание продолжается .Уровень смертности в загрязненных районах. число умерших на 1000 населения 19931995199619971998Гордеевский район20,818,218,619,119,6Злынковский район20,121,122,821,121,3Климовский район16,515,916,821,117,1Г.Клинцы13,213, 112,713,913,9Клинцовский район24,219,518,721,922,8Красногорский район17,415,419,917,318,6Г. Новозыбково13 ,913,416,713,613,1Новозыбковский район22,722,620,223,022,1Стародубский район25,022,824,331,430,8По загрязннным территориям16,615,716,617,216,5Всего по области15,915,915,516,216,3 Медицинский аспект Радиация вызывает различного рода неблагоприятные изменения в организме человека.
К ближайшим последствиям относят острую лучевую болезнь ОЛБ и хроническую лучевую болезнь ХЛБ, к отдаленным — злокачественные опухоли, лучевую катаракту, снижение продолжительности жизни, атеросклероз и другие явления, являющиеся признаками старения организма.
ОЛБ возникает при дозах более 2 Гр, полученных одномоментно или в течение нескольких дней, ХЛБ при облучении малыми дозами 0,1 — 0,5 с Грсут после накопления суммарной дозы 0,7 — 1 Гр, т.е. через 140 — 1000 дней. Дозы до 1 Гр характеризуются отсутствием признаков лучевой болезни, отмечаются лишь преходящие реакции со стороны отдельных систем, при 1 — 2,5 Гр примерно половина людей заболевают ОЛБ. При дозах до 3 Гр выздоравливают без медицинской помощи все заболевшие, свыше 3 Гр заболевают все, без медицинской помощи выздороветь не могут. 6 Гр минимальная абсолютно смертельная доза, приводящая к смерти из-за поражений костного мозга из 100 стволовых клеток умирают 99, хотя в литературе отмечены отдельные случаи выживания при дозах от 6 до 10 Гр, характеризующиеся выраженным повреждением кишечника.
При 10 — 20 Гр смерть наступает через 8-16 дней от поражения слизистой желудочно-кишечного тракта, при 20 — 80 Гр развивается сосудистая форма поражения, смерть наступает через 4-7 дней при мозговой и менингиальной симптоматике.
При дозах более 80 Гр летальный исход наступает через 1-3 дня от поражений ЦНС церебральный синдром, сопровождающихся коллапсом и судорогами. Известно пагубное влияние радиации на детородную функцию. Однократное облучение семенников в дозах 0,1 — 0,2 Гр приводит к временной стерильности с последующим полным восстановлением, дозы от 2 Гр и выше приводят к почти полной стерильности, восстановление функции наступает только через несколько лет. Семенники значительно лучше выдерживают разовое облучение, чем пролонгированное. Однократное облучение в дозе более 3 Гр приводит к необратимой стерильности яичников, меньшие дозы не вызывают никаких изменений.
Большие дозы, растянутые во времени, также не влияют на детородную функцию женщины. Реакции на облучение со стороны сердечно-сосудистой системы характеризуются изменениями наружного слоя сосудистой стенки за счет перерождения коллагена.Наблюдаются изменения миокарда после локального облучения в дозах 5 — 10 Гр, миокардиофиброз от 4,5 Гр нарушение микроциркуляции вследствие облитерации слипания стенок капилляров, эритема.
Тяжелые поражения центральной нервной системы при дозах от 10 Гр проявляются в отдаленные сроки после облучения. При дозах 0,1 — 1 Гр изменяются биотоки мозга, условно-рефлекторная деятельность, облучение мозга детей приводит к слабоумию. При местном облучении участка тела в области периферического нерва возникают парезы конечностей, что связывают с повреждением окружающих нерв сосудов и нарушением его питания.
Воздействии узкого пучка излучения непосредственно на нерв не вызывает изменений его структуры и функций. Действие излучения на зрение выражается в конъюнктивитах от 5 Гр и катаракте, возникающей при дозах более 6 Гр. Максимально переносимая кожей доза местного рентгеновского излучения 10 Гр, при больших интенсивностях возникают дерматиты и язвы. Облучение обеих почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может вызвать необратимый хронический нефрит.
Действие излучения на скелет выражается в замедлении заживления переломов. Малые дозы облучения 10 Гр за несколько недель хрящевой ткани детей могут остановить рост костей. Как уже было отмечено, воздействие радиации приводит к ускорению старения организма.В основе старения лежат изменения ДНК клеток, накопленные с возрастом в результате мутагенного действия факторов среды и химических агентов, образующихся в результате жизнедеятельности клетки О2, ОН, Н2О2 и др Эти вещества вызывают повреждения других клеточных структур например, переокисление липидов мембран, в том числе и систему репарации клетки.
В результате снижается ее эффективность, и она сама может вызывать повреждения ДНК. Т.о в процессе старения образуются такие же химические агенты и происходят сходные процессы в клетке, как и в результате радиоактивного воздействия, поэтому его смело можно считать одним из факторов процесса старения. С возрастом в клетке увеличивается количество повреждений митохондрий, уменьшается количество АТФ, снижается скорость синтеза и самообновления фосфолипидов, снижается концентрация рецепторов нейромедиаторов и гормонов, замедляется деление клеток . В общем можно говорить о снижении жизнедеятельности клеток.
Количество лейкоцитов в возрасте 90 лет составляет около 4 тыс.мкл. В глубокой старости количество лимфоцитов понижается на 24. Количество тромбоцитов к старости также уменьшается.
Мероприятия по снижению воздействия малых доз радиации на организм человека (защита временем, расстоянием, экранированием, фармако-диетическая защита, ионная защита).
К настоящему времени известна вероятность заболевания раком при получении человеком поглощенной дозы в 1 Гр. Известно также, что радиационный риск при полном отсутствии облучения равен нулю. Однако о действии промежуточных доз достоверно не известно, поэтому можно лишь экстраполировать известные оценки риска при больших дозах на область малых доз.
Малые дозы для данного вида организма — дозы, при которых выявляется обратная реакция объекта по сравнению с реакцией, вызываемой в области поражающего действия этого же вида радиации.
Область малых доз лежит, как правило, на 2 порядка ниже LD50 для данного объекта. Так как для человека LD50 лежит в диапазоне 3-5 Гр (среднее значение 4 Гр), область малых доз будет составлять значения поглощенных доз меньше, чем 0,04 Гр.
В общем случае все возможные виды зависимостей эффект — малая доза можно условно отнести к одному из трех типов:
1) первый тип (1) графически представляет собой прямую — вероятность заболевания увеличивается прямо пропорционально дозе облучения.
2) второй тип (2) представлен выпуклой кривой — с увеличением дозы вероятность заболевания быстро растет при малых дозах и медленнее при больших
3) третий тип (3) представлен вогнутой кривой — с увеличением дозы вероятность заболевания возрастает медленнее при малых дозах, чем при больших. Кривая (3) может быть продолжена до пересечения с осью ординат в области положительных эффектов (4), что позволяет предполагать возможность предупреждения малыми дозами онкологических заболеваний, т.н. радиационный гормезис.
Экспериментальные исследования. В настоящее время проблема влияния низкоинтенсивного облучения на живые объекты чрезвычайно интересна не только в теоретическом, но и в практическом плане. Она становится жизненно важной не только для работающих на атомных заводах и станциях или проживающих вблизи них, но и для миллионов людей, находящихся за тысячи километров от мест аварий на предприятиях атомной промышленности.
Радиобиологи обладают весьма солидным багажом знаний о действии на биомакромолекулы, клетки, организмы высоких доз ионизирующего излучения, но не имеют ни достаточных данных, ни теоретических представлений о влиянии на окружающий нас мир живой природы техногенного повышения радиационного фона, например, в 2–4 раза. Результаты исследований ясно показали, что известные закономерности в радиобиологии, накопленные нами ранее знания недостаточны для объяснения этих эффектов и должны быть предложены принципиально новые механизмы.
В 1990–1996 гг.нами был проведен широкий комплекс исследований действия малых доз облучения на биохимические, биофизические, функциональные параметры клеток различных органов животных, облученных гамма-радиацией (Сs-137)низкой интенсивности.
Для всех изученных нами параметров была обнаружена бимодальная зависимость эффекта от дозы, а именно, эффект нарастал при низких дозах, достигая максимума (низкодозового), затем снижался (в некоторых случаях знак эффекта менялся на противоположный) и затем с увеличением дозы вновь нарастал. Величина низко дозового максимума и доза, при которой он достигался, зависели от природы изучаемого объекта и мощности дозы. Общей закономерностью дозовых зависимостей является смещение максимума в область более низких доз при уменьшении интенсивности облучения.
Как правило, ученые, отрицающие практическую значимость возникновения злокачественных новообразований при низких дозах облучения, исходят из двух положений:
Практически невозможно, по их мнению, экспериментально или эпидемиологически обнаружить увеличение вследствие облучения числа опухоленосителей, ибо это превышение лежит в пределах различий процентного числа раковых больных в разных регионах и требует громадного объема экспериментальных данных для получения статистически достоверных различий.
Если исходить из числа заболеваний раками и лейкозами, возникших вследствие облучения малыми дозами, и существенно превышающих контрольные значения (как это следует из ряда исследований) и экстраполировать эти данные в соответствии с линейной зависимостью к высоким дозам, то число ожидаемых опухолей на порядки превысит значения, наблюдаемые на практике.
Поводом к скептическому отношению к сведениям об увеличении числа смертей от опухолей и лейкозов при малых дозах облучения явились и результаты обследований, когда для одной и той же когорты работающих на атомных предприятиях получали увеличение числа смертей, по сравнению с контролем, например, для дозы облучения 2 или 5 сЗв, но уменьшение — для 10 сЗв.
Анализируя литературные данные о смертельных исходах от лейкозов для различных групп облученных людей — в основном работающих на объектах атомной промышленности, мы обнаружили ту же тенденцию в зависимости от дозы, что и в своих экспериментальных исследованиях.
Так, недавно вышла из печати обстоятельная работа, посвященная анализу материалов о смертности от раков и лейкозов среди рабочих атомной промышленности, выполненная группой сотрудников международного агентства по изучению рака. Был проанализирован материал, относящийся к 96 тысячам работников ядерной промышленности Канады, Великобритании и США. В последнее время появились результаты обследования за 35 лет населения Японии, облученного вследствие атомной бомбардировки в Хиросиме и Нагасаки. Авторы этого исследования особое внимание уделяют факту уменьшения числа смертей при облучении в дозе 80 мЗв за 35 лет, объясняя этот результат с позиции гормезиса.
Смертельные случаи от лейкозов при облучении в малых дозах могут быть по величинам сопоставимы со смертностью от лейкозов для доз облучения в десятки раз более высоких.
Для низких доз облучения (до 10 сЗв) имеется область доз, где наблюдается уменьшение эффекта с увеличением дозы, доходящее до смены знака эффекта — до уменьшения смертей от лейкозов ниже уровня контроля.
Различная зависимость эффекта от дозы в области малых и высоких доз облучения позволяет думать о разных механизмах, лежащих в основе увеличения смертности от лейкозов при малых и высоких дозах облучения. Одним из объяснений может быть указанное выше соображение о разных функциях облучения в канцерогенезе, а именно — для низких доз облучения главное — промотирующая функция облучения, для высоких — индуцирующая или же разное соотношение между системами восстановления и повреждения при низких и высоких дозах.
Рассмотрим с этих позиций положение со злокачественными новообразованиями в Чернобыле. Данные об онкологических заболеваниях и смертях от них для участников ликвидации последствий Чернобыльской аварии приведены в обширных и серьезных исследованиях, выполненных под руководством академика А. Ф. Цыба и опубликованных в Бюллетене Национального радиационно-эпидемиологического регистра. Ясно видно, что зависимость от дозы не является монотонной и для всех приведенных примеров минимальные значения и показателей заболеваемости и показателей смертности приходятся на дозу около 25 сГр, в то время как максимальные значения — на дозу10–15 сГр.
Авторы многих работ полагают, что отнесение обнаруженных злокачественных новообразований к радиогенным ракам обосновано лишь в случае, если число раков увеличивается с дозой облучения. Однако, как указывалось выше, исходя из всех проведенных нами экспериментов и исследованиях на облученных популяциях, а также из имеющихся в литературе данных, наличие линейной или квадратично-линейной зависимости для случаев заболеваний и смерти от злокачественных новообразований для малых доз и низкоинтенсивного облучения НЕ ЯВЛЯЕТСЯ обязательным. Отсутствие монотонной зависимости от дозы облучения, появление максимумов при более низкой дозе скорее подтверждают радиационную природу возникновения раков при низких дозах облучения, чем ее опровергают.
Таким образом, подводя итоги всему изложенному, можно отметить, что закономерности низкоинтенсивного облучения, эффект малых доз — это принципиально новые пути воздействия облучения на живые объекты, новые механизмы изменения клеточного метаболизма. Большинство эффектов не прямо индуцировано облучением, а опосредовано через систему регуляции, через изменение иммунного и антиоксидантного статусов организма, чувствительности к действию факторов окружающей среды. Весьма примечательно, что закономерности изменения исследованных нами параметров оказались такими же и в крови ликвидаторов, и в экспериментах на животных. Мы обнаружили не только близкий характер зависимости от дозы, но и аналогичный системный многофакторный ответ на действие низкоинтенсивного облучения.
Последствия влияния радиации на взрослый организм. Огромное количество новых фактов, касающихся воздействия радиации, дали трагические последствия двух грандиозных радиационных катастроф:южно-уральской1957 г. и чернобыльской 1986 г., затронувших жизни в первом случае нескольких сот тысяч человек, а во втором — многих миллионов…
Кратко перечислю основные установленные факты воздействия радиации на взрослый организм млекопитающих, включая человека. До50-хгодов основным фактором непосредственного воздействия радиации считалось прямое радиационное поражение некоторых особо радиочувствительных органов и тканей — кожи, костного мозга и центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта (так называемая лучевая болезнь). Вскоре выяснилось, что огромную роль в лучевом поражении играет не только общее внешнее облучение организма, но и внутреннее облучение, связанное с концентрированном в отдельных органах и тканях, так называемых инкорпорированных радионуклидов, поступивших в организм с пищей, водой, атмосферным воздухом и через кожу и задержавшихся в каких-то органах или тканях.
Для оценки влияния этих радионуклидов пришлось ввести специальные понятия «поглощенной» и (для разных видов излучения) «эквивалентной» доз, измеряемых особыми условными единицами: грей (Гр) и зиверт (Зв).
В 60–70-хгг. большое внимание стали уделять не только прямым (острым), но и опосредованным и отдаленным эффектам облучения. Среди них:
Среди других известных проявлений действия радиации на организм человека: появление рака в более молодом возрасте (акселерация или омоложение рака), физиологические расстройства (нарушение работы щитовидной железы и др.),сердечно-сосудистыезаболевания, аллергии, хронические заболевания дыхательных путей.
С течением времени списокрадиационно-стимулированныхзаболеваний не сокращается, а только растет. При этом оказывается, что весьма малые дозы способны вызвать негативные последствия для здоровья (см. ниже).
Выяснилось также, что действие радиации на здоровье может зависеть от продолжительности воздействия: одна и та же доза радиации, получаемая за короткий промежуток времени, вызывает меньшие поражения, чем доза, полученная за длительный период.
Недостаточность современных знаний о влиянии малых доз радиации. Насколько мы еще далеки от познания многих существенных особенностей действия радиации, свидетельствует, например, тот факт, что лишь сравнительно недавно стало ясно, что доза радиации, поглощенная организмом в течение длительного периода времени, может привести к существенно более сильному поражению, чем такая же доза, полученная сразу или за более короткий период (так называемый эффект Петко). В то же время в отношении ряда раковых заболеваний установлено, что отмеченная выше закономерность не всегда действует: фракционное, растянутое во времени, облучение иногда дает меньший канцерогенный эффект, чем разовое. Это связано,по-видимому,с репарационными (восстановительными) свойствами живого организма, в котором при размножении клеток всегда существует некий механизм исправления (репарации) возможных генетических ошибок, могущих нарушить последующее развитие организма. Восстановительные процессы имеют предел, но какие то мелкие повреждения они могут «залечивать».
В то же время известно, что при уменьшении дозы облучения риск заболеть раком не просто уменьшается в той же пропорции — просто латентный период перед проявлением заболевания становится большим.
Несомненно, в области выяснения влияния малых доз нас ждут новые открытия. Одно из направлений таких открытий становится ясным сейчас: эффекты взаимодействия радиации с другими факторами риска, порознь не так опасными. Оказалось, например, что малые количества пестицидов могут усиливать действие радиации. То же самое происходит при действии радиации в присутствии небольших количеств ртути. Недостаток селена в организме усиливает тяжесть радиационного поражения. Известно, что у курильщиков, подвергающихся облучению в 15 мЗв/год, риск заболеть раком легких возрастает более чем в 16 раз по сравнению с некурящими. Известно также, что на фоне небольшого по величине хронического облучения разовое кратковременное дополнительное облучение дает эффект, много более значимый, чем при простом суммировании этих доз.
Другое быстро развивающееся направление изучения влияния малых доз облучения — работы школы профессора Е. Б. Бурлаковой, убедительно доказавшие на многих объектах резкое нарушение монотонной зависимости «доза — эффект»: в зоне сверхмалых доз облучения происходит до конца непонятное по механизмам, но устойчиво повторяющееся резкое возрастание чувствительности организмов облучению. Оказывается, при облучении до 0,1 Зв (10 бэр) число смертельных лейкозов оказывается столь же значительным, как при облучении многократно большем.
Оказалось также, что повреждения хромосом и злокачественная трансформация клеток при малых дозах примерно на порядок выше, чем можно было бы ожидать при экстраполяции влияния от высоких доз. Возможно, эффект такого взаимодействия радиации с другими факторами риска основан на сенсибилизации (повышении чувствительности) организма, испытавшего воздействие малых доз облучения к химическим мутагенам и канцерогенам.
Среди других поставленных современной наукой вопросов о негативном воздействии малых доз радиации на живой организм, которые, по всей вероятности, расширят в ближайшем будущем наши представления об опасности облучения человеческого организма, надо, по крайней мере, перечислить следующие:
• влияние так называемых малых мутаций, не учитываемых пока в должной мере при исследовании генетических эффектов радиации (таких мутаций может быть многократно больше, чем изучаемых в экспериментах на животных и учитываемых при ярко выраженных наследственных заболеваниях человека);
• влияние повышенной радиочувствительности некоторых этапов развития половых клеток и некоторых ранних этапов эмбрионального развития человека;
• отдаленные последствия локального и внутреннего (например, в виде «горячих частиц», попавших внутрь организма) облучения.
При обсуждении проблемы влияния малых доз радиации необходимо иметь в виду так называемое правило пропорционального риска, которое в нашем случае можно сформулировать так: облучение большого числа людей малыми дозами эквивалентно (с точки зрения влияния радиации на всю популяцию) облучению небольшого числа людей большими дозами. Генетический риск для 100 человек, получивших дозу 0,01 Зв, эквивалентен, с точки зрения поражения популяции, риску для 10 человек, получивших дозу 0,1 Зв, и риску для одного человека, получившего дозу 1,0 Зв. На самом деле зависимость, конечно сложнее, поскольку эквивалентность результатов облучения многих малыми дозами и немногих — большими, подразумевает линейную зависимость доза — эффект, которая (линейность) нарушается, как говорилось выше, в области сверхмалых доз.
Итак, хотя о влиянии малых доз радиации на живой организм написано множество научных статей и монографий, здесь неизвестного больше, чем известного. Это особенно наглядно видно при рассмотрении проблемы нормирования действия радиации.
Проблемы, связанные с нормированием воздействия радиации. Выдающийся шведский радиобиолог Р. М. Зиверт еще в 1950 г. пришел к заключению, что для действия радиации на живые организмы нет порогового уровня. Пороговый уровень — это такой, ниже которого не обнаруживается поражения у каждого облученного организма (так называемый детерминированный (определенный) эффект). При облучении в меньших дозах эффект будет стохастическим (случайным), т. е. определенные изменения среди группы облученных обязательно возникнут, но у кого именно — заранее неизвестно.
Отсутствие порогового уровня при действии радиации не исключает существования приемлемого по опасности для общества уровня облучения. Общество приемлет развитие автомобильного транспорта, хотя под колесами машин гибнут десятки тысяч человек ежегодно, и многократно большее число страдает от загрязнения воздуха автомобильными выбросами. Это означает, что выгоды и удобства от пользования автомобилем превосходят в общественном сознании связанные с автомобилем опасности и неприятности.
Хорошо известны опасности, связанные с облучением большими дозами. Это и преждевременная смерть людей, и лучевая болезнь, и другие тяжелые заболевания, а также поражения наследственности, уже коснувшиеся многих миллионов людей.
Негативное влияние малых доз, если справедливы опасения многих исследователей, не согласных с успокоительными утверждениями ученых (как правило, связанных с атомной индустрией), грозят не миллионам, а десяткам (и сотням) миллионов людей, ставит под угрозу само существование человечества. Перевешивает ли эта угроза и уже проявляющееся воздействие малых доз радиации положительные эффекты, получаемые обществом от развития атомной индустрии? Ответ на этот вопрос дает нормирование радиационного воздействия. Нормы радиационной безопасности — это те границы, которые общество ставит перед атомной индустрией, исходя из имеющихся знаний…
Для населения пределы приемлемо опасной дозы (напомню, что абсолютно безопасной дозы нет) были впервые установлены лишь в 1952 г. Они составляли тогда 15 мЗв/год. Уже в 1959 г. пришлось уменьшить эту дозу до 5 мЗв/год, а в 1990 г. — до 1 мЗв/год. Сейчас все больше специалистов настаивают на дальнейшем уменьшении этой дозы — до 0,25 мЗв/год. В некоторых штатах США уже установлена максимальная допустимая годовая доза искусственного облучения для населения 0,1 мЗв/год…
Есть ли приемлемый уровень облучение? Я думаю, что принципиально правильный путь поиска пределов приемлемого уровня облучения предложен был еще в 1955 г. сотрудником Российского научного центра «Курчатовский институт» Ю. В. Сивинцевым. Он проанализировал историческую тенденцию к многократному сокращению предельно допустимых доз облучения и заключил: «Из изложенного вытекает порочность подхода к вопросу об установлении предельно допустимых уровней излучения, исходя из анализа повреждающего действия излучений…».
Ю. В. Сивинцев и независимо от него ряд американских ученых предложили взять за точку отсчета фоновое, естественное облучение, к которому эволюционно приспособлено все живое на Земле, и считать приемлемым уровнем его удвоенную величину. Соглашаясь с точкой отсчета (фоновый уровень облучения), не могу согласиться с формальным удваивающим коэффициентом. Почему два, а не полтора, три или четыре?
На основании множества примеров в общей экологии было установлено так называемое правило 11%: любая сложная система в среднем статистически выносит без нарушения функций изменения не более 11% ее составляющих. Поэтому логичнее считать безопасным превышение фонового уровня не более чем на 11%. Таким образом, если учесть, что фоновое естественное облучение от всех источников (космические лучи, радон и др.) для 95% человечества составляет0,3–0,6 мЗв/год, приемлемо опасной должна быть дополнительная доза облучения не более чем0,03–0,06 мЗв/год.
К поиску приемлемого уровня облучения можно подойти и с другой стороны. Из общей теории риска следует, что в современном цивилизованном обществе считается приемлемым риск дополнительного заболевания или смерти 1 человека на 1 млн. Это риск для каждого из нас ежегодно быть убитым молнией, и принимаемые меры предосторожности здесь минимальны (громоотводы на высоких зданиях).
Принятый сейчас допустимый предел дозы искусственного облучения 1 мЗв/год по правилу пропорционального риска (см. выше) соответствует генетическому поражению до 35 человек на каждый миллион новорожденных (т. е. оказывается в 5–35 раз выше), или (при учете хронического облучения в чреде многих поколений) дает450–3400 случаев наследственных аномалий на1 млн новорожденных. Исходя из этого, допустимая и приемлемая безопасная индивидуальная доза должна быть в десятки раз меньше, чем 1 мЗв/год, т. е., могла бы составлять меньше 0,01 мЗв/год.
Сейчас эти величины дозы(0,01–0,06 мЗв/год)выглядят несколько фантастично, но, судя по темпу ужесточения радиационных нормв XX в.,уже через20–25 летони могут быть приняты.
Я хорошо представляю, что найдется немало несогласных с приведенными выше расчетами, и предвижу их основной аргумент: масштабы возможного поражения малыми дозами радиации во много раз ниже, чем вероятность гибели людей под колесами автомобиля или смерти курильщика от рака легких. С точки зрения простой арифметики они правы. Но по существу они не правы, по крайней мере по трем причинам.
Во-первых, известный на сегодня риск поражения малыми дозами радиации составляет лишь долю реально существующего спектра поражения: мы просто еще не знаем всех последствий действия радиации на живой организм.
Во-вторых, тысячам семей, которым малые дозы радиации принесли непоправимые поражения, не легче от того, что большее число семей пострадало от автомобильных катастроф.
В-третьих, радиационные поражения принципиально отличаются от поражения человека в любой катастрофе тем, что они генетические, т. е. передаются из поколение в поколение и распространяются в популяции…
Итак, на вопрос, поставленный в начале этого раздела: «Есть ли приемлемый уровень облучения?» — ответ может быть только такой: нет и не может быть единого, для всех одинакового приемлемо-опасного уровня облучения. В одних местностях для одних групп населения приемлемо-опасный уровень может быть один, в других местностях и для других групп — другой. Приемлемо-опасный уровень облучения для одного человека в одной и той же возрастно-половой и этнической группе будет одним, а для другого человека из той же группы — другим. Наконец, в разное время дня и в разные сезоны года радиочувствительность одного и того же человека будет различной.
Все сказанное выше, на мой взгляд, убедительно показывает бесперспективность и научную необоснованность широко бытующего понятия о «безопасной дозе облучения». Для каждого организма в каждый данный момент времени уровень примлемо-опасного облучения будет различным.
Из статьи: Бурлакова Е. Б., Голощапов А. Н., Жижина Г. П. и др. Новые аспекты закономерностей действия низкоинтенсивного облучения в малых дозах//Радиоционная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. № 1.
Влияние ксенобиотиков веществ по характеру воздействия на организм человека, пути поступления вредных веществ в организм человека.
Патологические процессы, развивающиеся при воздействии ксенобиотиков на организм, могут рассматриваться как проявление дезорганизации его функционального и структурного состояния, необходимого для нормальной жизнедеятельности.
Характер и степень выраженности таких изменений при действии ксенобиотика обусловлены полученной дозой, зависящей от его концентрации в воздухе, времени воздействия и периода выведения из организма.
Кроме того, степень токсического эффекта зависит от токсичности вещества (меры его несовместимости с жизнью, определяемой во многом строением и физико-химическими свойствами ксенобиотика), других факторов внешней среды (температуры, атмосферного давления и др.) и биологических особенностей человеческого организма: пола, возраста и индивидуальной чувствительности.
Влияние пола в формировании токсического эффекта не является однозначным. К некоторым ксенобиотикам более чувствительны женщины, к другим – мужчины. Отмечается большая чувствительность женского организма к действию некоторых органических растворителей, особенно во время беременности, когда опасность отравления повышается и отмечается более тяжелое ее течение.
Влияние возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных веществ также не является одинаковым. Одни оказываются более токсичными для молодых, другие – для старых; токсический эффект третьих не зависит от возраста.
Индивидуальная чувствительность к ксенобиотикам выражена довольно значительно и зависит от особенностей течения биохимических процессов у разных лиц (так называемая биохимическая индивидуальность). Индивидуальная чувствительность определяется и состоянием здоровья.
Например, лица с заболеваниями крови более чувствительны к действию кроветворных ядов, с нарушениями со стороны нервной системы – к действию нейротропных ядов, с заболеваниями легких – к действию раздражающих веществ и пылей. Снижению сопротивляемости способствуют различные хронические инфекции и заболевания.
Последствия вдыхания ксенобиотиков зависят и от характера физической активности человека. Физическая нагрузка, оказывающая мощное и разностороннее влияние на все органы и системы организма, не может не отразиться на поглощении, распределении, превращении и выделении ксенобиотиков, а в конечном итоге – на течении интоксикации.
Динамические физические нагрузки активизируют основные вегетативные системы жизнеобеспечения – дыхание и кровообращение, усиливают активность нервно-эндокринной системы, а также многие ферментативные процессы.
Увеличение легочной вентиляции приводит к возрастанию общей дозы газообразных веществ и паров, проникающих в организм через дыхательные пути. В связи с этим увеличивается опасность отравления наркотиками, раздражающими парами и газами, токсическими пылями. Более быстрому распространению ксенобиотиков в организме способствует увеличение скорости кровотока и минутного объема сердца.
Повышение функциональной активности печени, желез внутренней секреции, нервной системы и увеличение кровоснабжения в интенсивно работающих органах могут сделать их более доступными действию токсических веществ.
Зачастую содержание вредных веществ в воздухе колеблется. Следует различать два основных случая: первый, когда изменение концентрации относительно невелико, и второй, когда такие изменения происходят от нуля за предельно допустимые уровни.
В таких случаях происходит особо сильное воздействие вредных веществ. Специфическое действие существенно колеблющихся во времени концентраций вредного вещества называется «интермиттирующим» (т.е. «перемежающимся» или «прерывистым»).
Из физиологии известно, что максимальный эффект воздействия на организм наблюдается в начале и в конце воздействия раздражителя, а потому частые и резкие колебания раздражителя – ксенобиотика ведут к более сильному воздействию его на организм.
Заметим, что воздействие табачного дыма как при пассивном, так и при активном периодическом выкуривании «сигаретки» также является интермиттирующим!
Следует отметить, что в большинстве случаев на наш организм воздействует целый букет ксенобиотиков различной природы.
При вдыхании одновременно или последовательно нескольких ксенобиотиков характер воздействия одного ксенобиотика оказывается опосредованно (через реакцию организма) взаимосвязан с воздействием других. Такое действие называется комбинированным.
Различают четыре основных вида комбинированного действия:
1. Независимое действие – результирующий эффект не отличается от изолированного действия каждого ксенобиотика, а потому преобладает эффект воздействия наиболее токсичного вещества. Воздействие других ксенобиотиков как бы маскируется, и эффект смеси ксенобиотиков определяется эффектом самого токсичного из них.
2. Аддитивное действие – результирующий эффект определяется простым сложением эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов. 
3. Потенцированное действие (синергизм) – результирующий эффект превышает (иногда значительно) суммарное воздействие от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси больше суммы эффектов действующих компонентов. Это наиболее опасный и, к сожалению, плохо предсказуемый случай, т.к. любое вещество и в любом количестве может вызвать усиление действия относительно безвредной смеси других веществ.
4. Антагонистическое действие – результирующий эффект оказывается меньше (слабее) простого сложения эффектов от всех ксенобиотиков данной комбинации, т.е. эффект смеси меньше суммы эффектов действующих компонентов.
Заметим, что хотя данный случай хорош для вредных веществ, но совершенно недопустим для лекарств! Вот почему, чем меньше различных лекарств человек одновременно употребляет, тем лучше.
Наряду с комбинированным действием веществ возможно и их комплексное воздействие, когда вещества поступают в организм одновременно, но разными путями: через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом, через желудок с пищей и водой, через кожные покровы.
В связи с нарастающим загрязнением не только воздуха, но и воды, и пищи значение такого комплексного воздействия возрастает. Сегодня мы одновременно дышим плохим воздухом, пьем плохую воду и едим плохую пищу.
Заметим, что в большинстве пищевых продуктов можно найти какие-нибудь добавки: в одних – красители, в других – ароматизаторы, в третьих – консерванты, в четвертых – нитриты и нитраты, в пятых – антибиотики, в шестых – … и так до бесконечности.
В условиях современной жизни, особенно в процессе промышленного и сельскохозяйственного производства, человеческий организм все чаще и чаще подвергается воздействиям сложного набора различных неблагоприятных факторов, ибо воздействие ксенобиотиков не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов окружающей среды: жары, холода, сухости, влажности, шума, вибрации, различного рода излучений и многого другого.
Такое воздействие называется сочетанным. При сочетанном воздействии вредных веществ с другими факторами эффект может оказаться более значительным, чем при изолированном воздействии того или иного фактора.
При одновременном воздействии вредных веществ и высокой температуры возможно усиление токсического эффекта. К основным причинам следует отнести изменение функционального состояния организма, нарушение терморегуляции, потери воды при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение многих биохимических процессов.
Учащение дыхания и усиление кровообращения ведут к увеличению поступления ксенобиотиков в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Кроме того, высокая температура воздуха увеличивает летучесть различных вредных веществ и тем самым повышает их концентрации в воздухе.
При повышенной влажности также может увеличиваться опасность отравлений, в особенности раздражающими газами. Причины состоят в усилении процессов взаимодействия с ксенобиотиками, повышении их задержки на поверхности слизистых оболочек, изменении агрегатного состояния. Растворение газов и образование мельчайших капелек кислот и щелочей способствуют возрастанию раздражающего действия.
Возрастание токсического эффекта зарегистрировано как при повышенном, так и при пониженном барометрическом давлении.
При повышенном давлении возрастание токсического действия происходит по двум причинам: во-первых, вследствие усиленного поступления токсического вещества, обусловленного ростом парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренным переходом их в кровь; во-вторых, вследствие изменения многих физиологических функций, в первую очередь, дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и анализаторов.
При пониженном давлении первая причина отсутствует, но усиливается влияние второй.
Шум может усиливать токсический эффект, что, например, доказано для оксида углерода, стирола, крекинг-газа, нефтяных газов, аэрозоля борной кислоты. Совместное воздействие окислов азота, формальдегида и городского шума оказывало на детей более выраженный негативный эффект по ряду физиологических показателей.
Вибрация аналогично шуму также может усиливать токсическое действие. Например, пыль кобальта, кремниевые пыли, дихлорэтан, оксид углерода, эпоксидные смолы оказывают более выраженное действие при сочетании действия с вибрацией по сравнению с воздействием чистых веществ. Электромагнитные поля (ЭМП) также усиливают токсический эффект.
Совместное действие сернистого ангидрида, окиси углерода и ЭМП уменьшает систолический объем кровообращения; сернистого газа, окисей углерода и азота вместе с ЭМП ухудшает функцию внешнего дыхания; окись углерода и ЭМП так же, как сероуглерод и шум, способствует увеличению числа людей с пониженной работоспособностью. 
Основные определения и концепции экологического риска (пороговая и беспороговая концепция).
Каждый из нас ежедневно рискует, преодолевая опасности на производстве, в транспорте, быту. Рискуют все рабочий, фермер, коммерсант и студент. Так что же такое риск?
Риск — возможная опасность, возможность наступления обстоятельства, причиняющего социальный или материальный ущерб; возможный убыток или неудача в каком-либо деле.
Для риска характерны неожиданность, внезапность наступления опасной ситуации.
Понятие “риск” атрибут научного аппарата многих общественных, естественных и технических наук. У каждого из них свой предмет, а потому в определение риска в безопасности выделяют социальные, профессиональные, экологические, техногенные, медико-биологические, военные и др. аспекты.
Общепринятой “шкалой” для количественного измерения опасностей является “шкала”, в которой в качестве измерения используются единицы риска. При этом под термином “риск” понимают векторную, т.е. многокомпонентную, величину, которая характеризуется ущербом от воздействия того или иного опасного фактора, вероятностью возникновения рассматриваемого фактора и неопределенностью в величинах как ущерба, так и вероятности. Векторы, как правило, неравномерно распределены в пространстве и во времени.
Риск включает следующие количественные показатели: величину ущерба, вероятность возникновения опасного фактора, неопределенность в величинах, как ущерба, так и вероятности.
Под термином “ущерб” понимаются фактические и возможные социальные и экономические потери и (или) ухудшения состояния (качества) природной среды.
Социальный ущерб — это ущерб от безвозвратных потерь населения, сокращения сроков жизни, ухудшения здоровья и благополучия людей.
Социально-экономический ущерб — затраты на лечение и социально-трудовую реабилитацию, потери национального дохода, вызванные преждевременной смертностью и утратой трудоспособности.
Экономический ущерб — потери и убытки от повреждений (разрушений) объектов народного хозяйства, нарушений производственно-кооперативных связей.
Экологический ущерб — потери, которые нанесены окружающей среде или ее отдельным компонентам.
В терминах риска принято описывать и опасности от достоверных событий, происходящих с вероятностью, равной единице. Таким примером в нашей проблеме является загрязнение окружающей среды отходами конкретным предприятием. В этом случае “риск” эквивалентен ущербу и соответственно величина риска равна величине ущерба Лапин В.Л., Попов В.М., Рыжов Ф.Н., Томаков В.И. Безопасное взаимодействие человека с техническими системами. — Курск, 1995.- С.22.
.
Таким образом, количественная оценка риска представляет собой процесс оценки численных значений вероятности и последствий нежелательных процессов, явлений, событий, а стало быть, к достоверности получаемых оценок на-до подходить осторожно.
Под термином “опасность” понимается ситуация в окружающей среде, в которой при определенных условиях возможно возникновение нежелательных событий, явлений или процессов (опасных факторов), воздействие которых на человека и окружающую среду может привести к одному или совокупности негативных последствий.
Такими негативными последствиями могут быть:
отклонение здоровья человека от среднестатистического значения;
ухудшение состояния (качества) окружающей среды.
Ввиду многообразия факторов опасности примем их классификацию по источникам опасности.
Экологически опасный объект — это объект народного хозяйства, оборонный или природный объект, состояние или функционирование которого приводит или может привести к негативному воздействию на людей, сельско-хозяйственных животных и растения, на окружающую природную среду или ее отдельные компоненты.
Экологические факторы — это факторы, обусловленные причинами природного характера (неблагоприятными для жизни человека, животных, растений, климатическими условиями, физико-химическими характеристиками атмосферы, воды, почв, функциональными характеристиками экосистемы, природными бедствиями и катастрофами) и техногенного характера (аварии, катастрофы).
Экологический риск — соотношение величины возможного ущерба при воздействии экологического фактора и вероятности реализации этого воздействия.
С точки зрения количественной оценки понятие “экологический риск” может быть сформулировано как отношение величины возможного ущерба от воздействия вредного экологического фактора за определенный интервал времени к нормированной величине интенсивности этого фактора. Под возможным ущербом, прежде всего, имеется в виду здоровье человека.
Социально-экономические факторы — факторы, обусловленные причинами социального, экономического, психологического характера (недостаточным уровнем питания, здравоохранения, образования, обеспечения материальными благами; нарушенными общественными отношениями, недостаточно развитыми социальными структурами).
Техногенные (или антропогенные) факторы,- факторы, обусловленные хозяйственной деятельностью людей (чрезмерными выбросами и сбросами в окружающую среду отходов хозяйственной деятельности в условиях ее нормального функционирования и в аварийных ситуациях; необоснованными отчуждениями территорий под хозяйственную деятельность; чрезмерным вовлечением в хозяйственный оборот природных ресурсов; иными, связанными с хозяйственной деятельностью подобными негативными процессами, актами или решениями).
Военные факторы — это факторы, обусловленные работой военной промышленности (транспортировкой военных материалов и оборудования, испытанием образцов оружия и его уничтожением, функционированием военных объектов и всего комплекса военных средств в случае военных действий).
Предложенное деление факторов опасности является условным в том смысле, что при изучении проблемы обеспечения безопасности человека, общества и природной среды воздействие этих факторов в общем случае разделить невозможно. Все эти факторы и их воздействия приходится рассматривать комплексно, с учетом их взаимного влияния и связей иерархического характера.
Таким образом, термин “опасность” описывает возможность осуществления некоторых условий технического, природного, экономического и социального характера, при наличии которых могут наступить интересующие нас неблагоприятные события и процессы, например, природные катастрофы или бедствия, аварии на промышленных предприятиях, экономические или социальные кризисы. Следовательно, “опасность” — это ситуация, постоянно присутствующая в окружающей среде и способная при определенных условиях привести к реализации в окружающей среде нежелательного события — возникновения опасного фактора. Соответственно реализация опасности — это обычно случайное явление, и возникновение опасного фактора характеризуется вероятностью этого явления.
К сожалению, Россия переживает не лучшие времена с точки зрения безопасности населения и окружающей среды. Сложилась ситуация, не имеющая аналогов в мире: с одной стороны, здесь имеется множество крупных предприятий, потенциально опасных для населения и природной среды, с другой уровень технологий, контроль и дисциплина на них снизились до критической черты. В среднем по стране ежедневно отмечаются две серьезные аварии на трубопроводах, раз в неделю на транспорте, ежемесячно в промышленности. Да к тому же в России 20% сейсмоопасных территорий и более 50% территорий, относящихся к зоне вечной мерзлоты.
В течение последних лет в стране во всех видах аварии и катастроф ежегодно гибло более 50 тыс. человек и еще 250 тыс. получали ранения.
По оценкам Российской Академии наук с каждым годом число жертв катастроф в стране будет возрастать на 10-30%. По подсчетам специалистов, на территории России размещено свыше 4,5 тыс. потенциально опасных объектов, в том числе 800 радиационно-опасных и около 1500 химически и биологически опасных сооружений и производств, которые относятся к объектам повышенного риска. Не исключены из числа опасностей и военные факторы. Трагичным примером является затонувшая в 1989 г. в Норвежском море атомная подводная лодка (АПЛ) “Комсомолец”, унесшая жизни 42 членов экипажа. Учеными подсчитано, что при негативном развитии последствий за пятилетний срок мог быть нанесен ущерб рыбному хозяйству России в сумме 3500 млрд. руб. (в ценах 1993 г.), а Норвегии — около 2 млн. долл. Общая оценочная стоимость работ по программе проведения герметизации и консервации АПЛ планировалась на сумму 2755 млн. руб. и 3,42 млн. долл. США. Вот какая цена риска и его ущерба!
В 2000 году затонул атомоход «Курск». Мероприятия по его подъему и утилизации также обошлись стране в круглую сумму. Но никто и никогда не подсчитает величину морального ущерба, который нанесен родным и близким экипажа АПЛ, а также ущерб авторитету российского флота и Вооруженных Сил в целом.
Шкала Экологическая безопасность — сохранение безопасности устойчивости и надежности экосистем, отсутствие экологически необратимых последствий изменения окружающей природной среды, пагубно влияющих на человека и все живое.
Короче, “безопасность” — состояние защищенности отдельных лиц, общества и природной среды от чрезмерной опасности.
А вот Э. Хемингуэй в романе “По ком звонит колокол” написал так: “…безопасность это если ты знаешь, как увернуться от опасности”. Так как же увернуться от опасности?
В качестве единиц измерения безопасности предлагается использовать показатели, характеризующие состояние здоровья человека и состояние (качество) окружающей среды. Соответственно целью процесса обеспечения безопасности является достижение максимально благоприятных показателей здоровья человека и высокого качества окружающей среды.
Здоровье человека — это функциональное состояние его организма, обеспечивающее продолжительность жизни, физическую и умственную работоспособность, самочувствие и функцию воспроизводства здорового потомства. Показателем здоровья в первую очередь является количество здоровья, т.е. средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (СОППЖ). Усредненный биологический видовой показатель (норматив) для человека-европеоида — 89±5 лет. Он обусловлен биологическими характеристиками, т.е. его надежностью, заданной при рождении.
Продолжительность жизни в различных странах во многом зависит не только от успехов медицины, но и от уровня социально-экономического развития общества и состояния природной среды.
В бывшем СССР по состоянию на 1987 г. этот показатель составлял: у мужчин 65 лет, у женщин — 74 года. В результате неустойчивого развития социально-экономической системы России средняя продолжительность жизни россиян сократилась и в настоящее время этот показатель составляет у мужчин 54 года, у женщин — 70 лет. Для нашей страны в 1994—1996 гг. “несчастливым” числом была цифра не 13, а 60, что привело к следующей ежегодной статистике:
от отравления некачественными продуктами и напитками умирали 60 тыс. человек;
в автомобильных катастрофах гибло 60 тыс. человек; в других катастрофах и авариях около 60 тыс. человек;
от рук уголовников и бандитов около 60 тыс. человек;
число самоубийств около 60 тыс. человек. Если и дальше продолжать этот невеселый список, то наберется внушительная цифра в 600-650 тыс. человек в год.
Итак, на фоне низкой рождаемости, отъезда молодежи за рубеж, высокой старческой и детской смертности, роста бездетных браков и наигромаднейшего количества абортов видно, что популяция россиянина вырождается. Однако это не должно быть основанием для всеобщей паники. “Караул!” кричать не надо. Все поправится, если будем действовать и работать.
Так как целью безопасности является не только защита здоровья населения, но и защита окружающей среды, то необходимо определить и показатели, которые бы количественно оценили состояние и качество последней. К таким количественным характеристикам можно отнести степень близости состояния экосистем к границе ее устойчивости, где будет потеряна предсказуемость изменений экосистем.
Для более точной оценки устойчивости экосистем воспользуемся природно-экологической классификацией угасания природы или, иначе, показателями самовосстановления.
Естественное состояние: наблюдается лишь фоновое антропогенное воздействие; биомасса максимальна, биологическая продуктивность минимальна.
Равновесное состояние: скорость восстановительных процессов выше или равна темпу нарушения; биологическая продуктивность больше естественной, биомасса начинает снижаться.
Кризисное состояние: антропогенные нарушения превышают по скорости естественно-восстановительные процессы, но сохраняется естественный характер экосистем; биомасса снижается, биологическая продуктивность резко повышена.
Критическое состояние: обратимая замена прежде существовавших экосистем под антропогенным воздействием на менее продуктивные (частичное опустынивание), биомасса мала и, как правило, снижается.
Катастрофическое состояние: труднообратимый процесс закрепления малопродуктивной экосистемы (сильное опустынивание), биомасса и биологическая продуктивность минимальны.
Состояние коллапса: необратимая утеря биологической продуктивности, биомасса стремится к нулю.
Помимо природно-экологической классификации угасания (восстановления) природы, нужна и медико-социальная шкала, т.е. объективные показатели (критерии) изложенной классификации природной среды, которая классифицируется по следующим градациям:
благополучная зона (ситуация): происходит устойчивый рост продолжительности жизни, заболеваемость населения снижается;
зона напряженной экологической ситуации: ареал, в пределах которого наблюдается переход состояния природы от кризисного к критическому, где отдельные показатели ухудшения здоровья населения достоверно выше нормы, но это не приводит к заметным и статистически достоверным изменениям продолжительности жизни;
зона экологического бедствия: ареал, в пределах которого наблюдается переход от критического состояния к катастрофическому, и территория, в пределах которой невозможно социально-экономическое оправданное хозяйство. Показатели здоровья населения (заболеваемость, детская смертность, психические отклонения и т.д.), частота и скорость наступления инвалидности достоверно выше, а продолжительность жизни заметно и статистически ниже, чем на аналогичных территориях, не подвергшихся подобным антропогенным воздействиям;
зона экологической катастрофы: переход состояния природы от катастрофической фазы к коллапсу, что делает территорию непригодной для жизни.
Итак, за “универсальный” индикатор качества среды и благоприятности условий существования человека можно принять СОППЖ (89 ± 5 л.) и уровень заболеваемости населения.
Пределы надежности (устойчивости) экосистем ориентировочно можно оценить на основе экологических законов 1 и 10%.
Пороговая и беспороговая концепции
Правило фазовых реакций («польза-вред») гласит, – «малые концентрации токсиканта действуют на организм в направлении усиления его функций (стимулирования»). Это дало основание для утверждений о полезности некоторых факторов в малых дозах (например, радиации). Однако это довольно спорное утверждение. Например, этологи знают, что увеличение плодовитости может быть сигналом биологического неблагополучия. У физиологов есть понятие о «цене адаптации»; если рассматривать стимулирование функций организма малыми дозами токсикантов как адаптацию к токсическому воздействию, то необходимо учитывать и цену такой адаптации: изнашивание адаптационных механизмов, ускорение старения и так далее.
Особенно спорно благоприятное действие малых доз радиации. Так, одни ученые утверждают о благоприятности воздействия малых доз радиации нате или иные функции (например, наблюдалось увеличение плодовитости мышей при облучении 0,1–1,5 Гр). Соответственно, эти ученые являются сторонниками пороговой концепции: можно выявить порог вредного действия радиации. Другие ученые занимают противоположную точку зрения и указывают на то, что любое, даже незначительное, дополнительное к фону облучение приводит к дополнительным мутациям и канцерогенезам. Из этого ими выводится беспороговая концепция: нельзя установить какой-то порог и любое дополнительное (к фону) облучение следует признавать вредным. Определенную сложность представляет и тот факт, что люди генетически разнокачественные, и те дозы, которые для подавляющего большинства могут оказаться допороговыми, для отдельных индивидуумов могут вызвать различные эффекты.
Пороговая концепция утверждает: эффект излучения появляется только при достижении определенной дозы. Это и есть порог. Пороговое действие характерно для многих химических веществ — в малых количествах они могут быть даже полезными, но есть какой-то предел, после которого их воздействие непременно нанесет вред.
Беспороговая концепция доказывает, что даже самые малые дозы вредны. Почему? Дело в том, что ионизирующее излучение не является четко направленным, оно хаотически распределено в пространстве. При попадании ионизирующей частицы в какую-то ответственную часть клетки даже при малых дозах возникает рак, причем полнота эффекта не зависит от дозы. Если заболевание уже возникло, то оно проявится в полной мере. Как раз радиационный канцерогенез, генетические нарушения относятся к повреждениям такого типа.
Принцип нормирования вредных веществ – пороговая концепция применяется по отношению к химическим загрязнителям и беспороговая – по отношению к ионизирующим излучениям.
Оценка канцерогенного риска. Для оценки канцерогенного риска применяется беспороговая модель, использующая величины потенциалов канцерогенного риска, которые являются индивидуальной характеристикой каждого вещества или иного агента. Обычная размерность потенциалов канцерогенного риска: кг/мг-день или кг/мкг-день. Обозначение потенциалов канцерогенного риска — SFi — для ингаляционного воздействия и SFo — для перорального. Значения потенциалов канцерогенного риска предполагается выпускать в виде отдельных списков или в составе приложений к нормативным документам Министерства здравоохранения РФ.
Оценка канцерогенного риска осуществляется либо по экспоненциальной модели, либо по линейной. Первая модель является универсальной и хорошо работает на уровне больших и малых уровнях воздействия. Вторая модель применима только при относительно малых экспозиционных нагрузках.
Получаемая величина риска показывает вероятность развития заболеваний раком при заданных уровнях дозовых нагрузок (индивидуальный риск). При умножении полученной величины на численность экспонируемого населения получаем число дополнительных случаев заболеваний раком в популяции от воздействия оцениваемого агента (популяционный риск).
Оценка неканцерогенного риска. Для оценки неканцерогенного риска в соответствии с неканцерогенным индексом применяется пороговая модель, использующая величины референтных (безопасных) доз или концентраций, которые являются индивидуальной характеристикой каждого вещества или иного агента. Обычная размерность референтных доз: мг/кг-день или мкг/кг-день. Обычная размерность референтных концентраций: мг/м3-день или мкг/м3-день, а также мг/л-день или мкг/л-день. Обозначение реферетной концентрации — RfC, обозначение реферетной дозы — RfD. Значения реферетных доз и концентраций предполагается выпускать в виде отдельных списков или в составе приложений к нормативным документам Министерства здравоохранения РФ
Процедура оценки неканцерогенного риска в данном случае заключается в сопоставлении величины воздействующей концентрации (дозы) с референтной. Если отношение этих величин менее единицы, то риска нет, если больше — то риск есть.
Причины экологических проблем.
В основе экологической проблемы, реально угрожающей нашему дальнейшему существованию, лежит множество факторов. Но если отдельные из них являются величинами переменными, изменчивыми, то три фактора по праву можно считать основополагающими в силу их неизменности, постоянства. Именно они и препятствуют любым попыткам успешного решения проблемы.
Фактор материальной заинтересованности:
Потреблять все и вся, созданное природой, оказалось для нас значительно выгоднее, чем возвращать, восстанавливать и оберегать. Каждое действие, направленное на охрану природы, наоборот, требует материальных и финансовых затрат, то есть лишает нас выгоды. Это относится как к отдельным людям, производственным коллективам, так и целым государствам.
Отсюда — настороженное отношение к экологам и «зеленым», к призывам беречь и спасать природу. Никто не желает упускать свою выгоду.
Фактор разрозненности усилий:
Вся природная система, вся Биосфера — чрезвычайно чуткий, очень сложный, но неделимый, единый организм. Поэтому «лечить и оздоровлять» его отдельными, удобно разделенными для нас «кусками», — занятие абсолютно бессмысленное. Столь же бессмысленное, как «спасение хотя бы отдельной части тела» тонущего в реке человека. Уж лучше пусть спокойно тонет целиком.
Целое, неделимое следует спасать или целиком, или вообще никак.
Фактор нереальности финансирования:
Тратить деньги «на экологию», не перекрыв предварительно даже основные каналы загрязнения природы — дело безнадежное и сверхразорительное. С тем же успехом можно пытаться затушить костер бензином. Сколько бы не выливали, задача никогда не будет выполнена.
При любых, самых невероятных затратах, результат всегда будет нулевым.
Поэтому все попытки решения экологической проблемы стандартными методами обречены на провал. Противопоставить материальной заинтересованности абсолютно нечего. Спасать разрозненные части неделимого организма — бессмысленно. Спасать весь организм целиком, не перекрыв каналы загрязнения — нереально. Перекрыть же эти каналы — невозможно, так как это противоречит материальной заинтересованности.
Круг замкнулся.
Поэтому мы вынуждены тратить сегодня в тысячи раз больше финансов на устранение уже причиненного ущерба, чем понадобилось бы для принятия профилактических мер.
Но люди жаждут сиюминутной выгоды. Это отвечает их естеству, хотя и противоречит здравомыслию. Фактор материальной заинтересованности настолько силен, что подавляет даже упорное сопротивление наших основных природных инстинктов — самосохранения и сохранения рода.
На Конференции ООН в 1992 году Президент США Джордж Буш открыто заявил:
«Америка не подпишет ни одного экологического проекта или соглашения, если они будут противоречить интересам бизнеса или экономическим интересам страны».
Если бы остальные участники Конференции по Окружающей Среде и Развитию не были так шокированы «цинизмом лидера мировой державы», то заметили бы, что им предложили самую надежную и разумную формулу решения экологической проблемы.
Ведь в мире нет ни одного человека, кто губил бы природу из враждебности или ненависти, был бы ее убежденным противником. Мы уничтожаем среду своего обитания только ради финансовой и материальной выгоды. Значит и решение может быть только одно — превратить процесс охраны окружающей среды в более выгодное и прибыльное занятие, чем нанесение ей ущерба.
Можно ли развернуть фактор материальной заинтересованности в пользу природы? Элементарно. Это чисто техническая задача, с которой легко справиться.
Сложность в другом. Кто это сделает?
Отдельно взятым государствам эта задача не под силу — нагрузка ложится на бюджет, а это нарушает материальные интересы государственных структур.
К тому же остается еще фактор разрозненности усилий, который не в состоянии устранить ни одно отдельно взятое государство. Как же быть?

Кто сможет развернуть материальный фактор в нужную сторону?
Кто объединит разрозненные усилия?
Точнее всех на этот вопрос ответил в своем послании к ХХIII Всемирному дню Мира Папа Римский Иоанн Павел II. Вот две крохотные цитаты из этого послания:
«Понятия мирового порядка и современного наследия выявляют потребность в лучшей системе международной координации в области распоряжения природными ресурсами Земли».
«Сегодня проблема экологии приобрела такие размеры, что требует ответственности практически от всех людей».
Лаконично и просто, как и все гениальное.
Требуется создание единого международного Координирующего Органа, который успешно заменил бы существующие ныне, но не несущие никакой ответственности более двух сотен координирующих организаций по вопросам охраны окружающей среды.
Такой орган, ответственно взявшись за дело, не просто объединит воедино разрозненные усилия для спасения неделимого целого, но сумеет вовлечь в этот процесс практически всех людей Земли, используя для этой цели могущество материальной заинтересованности. Как для отдельных граждан, так и для государственных образований в целом.
Тогда отпадет надобность заставлять людей беречь и защищать среду своего обитания. Люди сами будут искренне заинтересованы в этом процессе.
Ведь совпадут все движущие силы — материальная заинтересованность, здравомыслие, инстинкты самосохранения и сохранения рода.
Главное же, такой подход к решению проблемы не встречает сопротивления: ведь среди нас нет ни одного убежденного противника природы.
Лишившись всех трех опор, поддерживающих прежде ее неразрешимость, экологический кризис из грандиозного устрашающего монстра превращается в смирную, прирученную и притом довольно полезную домашнюю живность.
Существует несколько факторов, которые гарантируют Координирующему Органу решение данной задачи.
1) Каждый человек желает выжить сам и обеспечить выживание своего конкретного ребенка.
2) Развал гигантской монополизированной державы, занимавшей шестую часть суши. Частная собственность на средства производства в этой державе не поощрялась, что создавало определенные трудности для всего мирового сообщества.
3) Неуемное стремление каждого человека к удовлетворению всем нам присущего чувства собственной значительности.
4) То обстоятельство, что каждый из нас является потребителем, ради удовлетворения жизненных нужд, которых и развивается цивилизация. Это очень интересная деталь, и в деятельности Координатора она занимает ключевую роль.
Судите сами: мы все — потребители, но в то же время многие из нас являются также производителями. Основной урон природе наносится производственной деятельностью человека.
Другими словами, производители уничтожают и отравляют Среду нашего (и своего!) обитания только ради финансового стимула. Но ведь этот стимул хранится в кошельках потребителя.
Вот это и позволяет Координатору использовать буквально каждого из шести миллиардов потребителей в качестве активного участника предстоящего процесса. Практически всех людей.
Этот гигантский потенциал, при умелом использовании, способен решить не только экологическую, но (попутно, и без дополнительных затрат!) и многие другие проблемы, казалось бы, далекие от экологии. В частности, такую насущную и актуальную, как нравственную. Не зря же считается, что экологический кризис является проблемой моральной.
Вот краткая схема предлагаемой программы:
Координатор изначально является финансово независимым органом. У него собственные и очень солидные источники финансовых поступлений.
Общаясь с потребителями через свои средства массовой информации, Координатор организует и ориентирует их в сложном многообразии промышленного и товарного производства, классифицируя его, на первых порах, по степени экологической безопасности (в дальнейшем этот процесс значительно упрощается).
Потребителю остается делать осознанный и добровольный выбор:
* либо поощрять своим кошельком тех производителей, которые заботятся о чистоте среды его обитания,
* либо тех, кто, отравляя природу, откровенно покушается на его здоровье и будущее его детей
Акцент на инстинкты самосохранения и сохранения рода.
Существует механизм, значительно облегчающий потребителю выбор в пользу «чистого» производителя — ценовая политика, которая позволяет за счет штрафных поступлений от «грязного» производителя держать цены «чистого» на таком же (или даже — более низком) уровне.
Фактор сиюминутной финансовой выгоды.
Кто платит — тот заказывает музыку. Почувствовав угрозу экономического краха, «грязный» производитель моментально поймет — отныне уровень финансовых доходов всецело зависит от уровня экологической безопасности его производства.
Фактор материальной заинтересованности.
Начнется жесткая и бесконечная конкурентная борьба за симпатии и кошельки потребителя, цель которой — не просто догнать, но непременно превзойти более удачливых коллег по уровню экологической безопасности.
Экономическая целесообразность.
Рынок реагирует быстро и чутко. Подобная конкуренция сразу же породит повышенный спрос на более совершенные и эффективные средства природоохраны, более безопасные двигатели, топливные смеси, энергоносители, технологии, разработки.
Экономическая целесообразность.
Спрос, как известно, рождает предложение. Требуется — будут производить.
Кроме симпатии (и кошельков!) потребителей, Координатор обеспечивает производителю еще один могучий стимул — систему справедливой оценки его деятельности: большое разнообразие заманчивых «пряников» (призов, наград, поощрений…) — для самых бережливых; отсутствие поощрений — для менее бережливых; антирекламу — мелким вредителям природы; штрафные санкции — для самых злостных вредителей.
Материальная выгода плюс экономическая целесообразность.
За каждым производителем остается право абсолютно добровольного и свободного выбора — иметь финансовые доходы или терпеть убытки.
Здравомыслие плюс стремление к финансовой выгоде.
Благодаря своим возможностям, Координатор значительно упрощает и ускоряет переход производителей в такие условия деятельности, когда защита природы становится не только выгодным, но и престижным делом. Для этого имеются десятки рычагов.
Удовлетворение чувства собственной значительности.
Еще одна интересная функция Координатора — сделать охрану природы делом чести, престижа, финансовой выгоды для руководителей разных стран. Это не сложно, зато дает огромный импульс всему движению.
Чувство собственной значительности + материальная выгода.
Ныне разорительный и практически неосуществимый процесс защиты окружающей среды превращается в новых условиях в высокорентабельное, доходное предприятие. Вместе с тем переработка гигантского скопления экологических «отходов и мусора» раскрывает сотни источников самофинансирования и множество скрытых резервов
Экономическая целесообразность.
Производитель, почувствовав экономическую выгоду, поддержит этот процесс тем охотнее, что он отвечает его естественным пожеланиям: каждый хочет выжить сам и обеспечить выживание своих детей.
Здравый смысл плюс инстинкты самосохранения, сохранения рода плюс фактор материальной заинтересованности.
Экологическая проблема – это определенное изменение состояния природной среды в результате антропогенного воздействия, ведущего к сбою структуры и функционирования природной системы (ландшафта) и приводящего к отрицательным экономическим, социальным или другим последствиям. Данное понятие – антропоцентричное, поскольку негативные трансформации в природе оценивают относительно условий существования людей.
Классификация
Экологические проблемы Земли, связанные с нарушениями составляющих ландшафта, условно делят на шесть категорий:
— атмосферные (тепловое, радиологическое, механическое либо химическое загрязнение атмосферы);
— водные (контаминация океанов и морей, истощение как подземных, так и поверхностных вод);
— геолого-геоморфологические (активизация отрицательных геолого-геоморфологических процессов, деформация рельефа и геологического строения);
— почвенные (контаминация почв, вторичное засоление, эрозия, дефляция, заболачивание и т. п.);
— биотические (деградация растительности и лесов, сокращение разнообразия видов, дигрессия пастбищ и т. д.);
— ландшафтные (комплексные) – ухудшение биоразнообразия, опустынивание, сбой налаженного режима природоохранных зон и т. п.
По основным для экологии изменениям природы выделяют такие проблемы и ситуации:
— Ландшафтно-генетические. Возникают в результате утраты генофонда и уникальных природных объектов, нарушения целостности ландшафтной системы.
— Антропоэкологические. Рассматриваются относительно изменения условий жизни и здоровья людей.
— Природно-ресурсные. Связаны с утратой либо истощением природных ресурсов, ухудшают процесс ведения хозяйственной деятельности на пострадавшей территории.
Дополнительное деление
Экологические проблемы природы, кроме представленных выше вариантов, могут быть классифицированы следующим образом:
— По главной причине возникновения – эколого-транспортные, промышленные, гидротехнические.
— По остроте – неострые, умеренно острые, острые, крайне острые.
— По сложности – простые, сложные, сложнейшие.
— По решаемости – решаемые, решаемые трудно, почти неразрешимые.
— По охвату пострадавших зон – местные, региональные, планетарные.
— По времени – краткосрочные, длительные, практически не исчезающие.
— По охвату региона – проблемы севера России, Уральских гор, тундры и т. п.
Следствие активной урбанизации
Городом принято называть социально-демографическую и экономическую систему, обладающую территориальным комплексом средств производства, постоянным населением, искусственно созданной средой обитания и установленной формой организации общества.
Современный этап развития человечества характеризуется стремительным темпом роста числа и размера населенных пунктов. Особенно интенсивно увеличиваются большие города численностью от ста тысяч человек. Они занимают около одного процента от всей площади суши планеты, однако их воздействие на мировую экономику и природные условия по-настоящему велико. Именно в их деятельности кроются основные причины экологических проблем. На этих ограниченных территориях проживает более 45% населения Земного шара, производящего около 80% всех выбросов, которые загрязняют гидросферу и атмосферный воздух.
Экологические проблемы городов, особенно больших, решать намного сложнее. Чем крупнее населенный пункт, тем существеннее трансформированы природные условия. Если проводить сравнение с сельской местностью, то в большинстве мегаполисов экологические условия жизни людей заметно хуже.
Как считает эколог Реймер, экологическая проблема – это любое явление, связанное с воздействием людей на природу и с обратимым воздействием природы на людей и их жизненно важные процессы.
Природно-ландшафтные проблемы города
Эти негативные изменения в большинстве своем связаны с деградацией ландшафта мегаполисов. Под крупными населенными пунктами изменяются все компоненты – подземные и поверхностные воды, рельеф и геологическое строение, флора и фауна, почвенный покров, климатические особенности. Экологические проблемы городов заключаются также в том, что все живые компоненты системы начинают приспосабливаться к стремительно меняющимся условиям, что ведет к сокращению видового разнообразия и уменьшению площади земных насаждений.
Ресурсно-хозяйственные проблемы
Они связаны с огромными масштабами использования ресурсов природы, с их переработкой и образованием токсичных отходов. Причины экологических проблем – во вмешательстве человека в природный ландшафт в процессе городской застройки и в бездумной утилизации отходов.
Антропологические проблемы
Экологическая проблема – это не только негативные изменения природных систем. Она также может состоять в ухудшении здоровья городского населения. Снижение качества урбанистической среды влечет за собой появление самых разных болезней. Природа и биологические свойства людей, которые формировались в течение не одного тысячелетия, не могут изменяться так же быстро, как мир вокруг. Несоответствия между этими процессами нередко приводят к конфликту между окружающей средой и природой человека.
Рассматривая причины экологических проблем, отметим, что важнейшей из них является невозможность стремительного приспособления организмов к условиям среды обитания, а ведь адаптация – это одно из главных качеств всего живого. Попытки повлиять на скорость этого процесса не приводят ни к чему хорошему.
Климат
Экологическая проблема – это результат взаимодействия природы и социума, который может привести к глобальной катастрофе. В настоящее время на нашей планете наблюдаются следующие крайне негативные изменения:
— Огромный объем отходов – 81% – попадает в атмосферу.
— Более десяти миллионов квадратных километров земли эрозировано и опустынено.
— Изменяется состав атмосферы.
— Нарушается плотность озонового слоя (к примеру, появилась дыра над Антарктидой).
— За последние десять лет с лица земли исчезло 180 миллионов гектаров леса.
— В результате загрязнения Мирового океана высота его вод ежегодно увеличивается на два миллиметра.
— Происходит постоянный рост потребления природных ресурсов.
Как подсчитали ученые, биосфера имеет возможность в полной мере компенсировать антропогенные нарушения естественных природных процессов, если потребление первичной биологической продукции не будет превышать одного процента от общего объема, однако в настоящее время этот показатель приближается к десяти процентам. Компенсационные возможности биосферы безнадежно подорваны, как следствие, экология планеты ухудшается постоянно.
Экологически допустимым порогом энергопотребления называют показатель в 1 ТВт/год. Однако он существенно превышается, следовательно, разрушаются благоприятные свойства окружающей среды. Фактически можно говорить о начале третьей мировой войны, которую человечество ведет против природы. Всем понятно, что победителей в этом противостоянии быть просто не может.
Неутешительные перспективы
Развитие глобального экологического кризиса связывают со стремительным ростом численности населения планеты. Для обеспечения все возрастающих потребностей необходимо в три раза снизить потребление природных ресурсов в странах с высоким уровнем развития и поспособствовать улучшению благосостояния отдельных государств. Верхняя допустимая черта – двенадцать миллиардов человек. Если людей на планете станет больше, то от трех до пяти миллиардов будут просто обречены на смерть от жажды и голода ежегодно.
Примеры экологических проблем планетарного масштаба
Развитие «парникового эффекта» в последнее время становится все более угрожающим для Земли процессом. В результате изменяется тепловой баланс планеты, и увеличиваются среднегодовые температуры. Виновниками проблемы выступают «парниковые» газы, в частности, двуокись углерода. Следствием глобального потепления является постепенное таяние снегов и ледников, что, в свою очередь, ведет к повышению уровня вод Мирового океана.
Кислые осадки
Главным виновником этого негативного явления признана двуокись серы. Область отрицательного воздействия кислых осадков достаточно широка. От них уже серьезно пострадали многие экосистемы, но больше всего вреда наносится растениям. В результате человечество может столкнуться с массовой гибелью фитоценозов.
Недостаточный объем пресной воды
Нехватка пресной воды в некоторых регионах наблюдается по причине активного развития сельского и коммунального хозяйства, а также промышленности. Существенную роль здесь играет, скорее, не количество, а качество природного ресурса.
Ухудшение состояния «легких» планеты
Бездумное уничтожение, вырубка и нерациональное использование лесных ресурсов обусловили возникновение еще одной серьезной экологической проблемы. Леса, как известно, обеспечивают поглощение углекислого газа, являющегося «парниковым», и производят кислород. Например, благодаря одной тонне растительности высвобождается от 1.1 до 1.3 тонны кислорода в атмосферу.
Озоновый слой под ударом
Деструкция озонового слоя нашей планеты в первую очередь связывается с применением фреонов. Эти газы используются при сборке холодильных установок и разнообразных баллончиков. Ученые установили, что в верхних слоях атмосферы толщина озонового слоя снижается. Ярким примером проблемы является озоновая дыра над Антарктидой, площадь которой непрестанно увеличивается и уже вышла за границы материка.
Решение глобальных экологических проблем
Есть ли у человечества возможность избежать катастрофы всемирного масштаба? Да. Но для этого требуется предпринять конкретные шаги.
— На законодательном уровне установить четкие нормы природопользования.
— Активно применять централизованные меры по защите окружающей среды. Это могут быть, к примеру, единые международные правила и нормы защиты климата, лесов, Мирового океана, атмосферы и т.д.
— Централизованно планировать комплексные восстановительные работы, чтобы решить экологические проблемы края, города, поселка и иных конкретных объектов.
— Воспитывать экологическое сознание и стимулировать нравственное развитие личности.
Технический прогресс набирает все большую скорость, происходит постоянное усовершенствование производственных процессов, модернизация приборов, внедрение инновационных технологий в самые разные сферы. Однако лишь мизерная часть нововведений касается защиты окружающей среды.
Очень важно понять, что только комплексное взаимодействие представителей всех социальных групп и государства поможет улучшить экологическую обстановку на планете. Настало самое время оглянуться назад, чтобы осознать, что нас ждет в будущем.
Глобальные проблемы современной цивилизации (демографическая проблема, проблема урбанизации, продовольственная проблема).
Глобальные проблемы нашей эпохи – закономерное следствие всей современной глобальной ситуации, сложившейся на земном шаре в последней трети XX века. Для правильного понимания происхождения, сущности и возможности их решения необходимо видеть в них результат предшествовавшего всемирно-исторического процесса во всей его объективной противоречивости. Будучи результатом (а не просто суммой) предшествовавшего общественного развития человечества, глобальные проблемы выступают как специфическое порождение именно современной эпохи, как следствие крайне обострившейся неравномерности социально-экономического, политического, научно-технического, демографического, экологического и культурного развития в условиях совершенно новой, своеобразной исторической ситуации. Глобальные проблемы современности порождены, в конечном счете, именно всепроникающей неравномерностью развития мировой цивилизации, когда технологическое могущество человечества неизмеримо превзошло достигнутый им уровень общественной организации. Политическое мышление явно отстало от политической деятельности, а побудительные мотивы деятельности преобладающей массы людей и их нравственные ценности весьма далеки от социального, экологического и демографического императивов эпохи. По ходу развития цивилизации перед человечеством неоднократно возникали сложные проблемы, порою планетарного характера. Но все же это была далекая предыстория, своего рода «инкубационный период» современных глобальных проблем. В полной мере эти проблемы проявились уже во второй половине и, в особенности, в последней четверти XX века, то есть на рубеже двух веков и, даже, тысячелетий. Они были вызваны к жизни целым комплексом причин, отчетливо проявившихся именно в этот период. Все это привлекло внимание к глобальным проблемам не только политики, но и науки. Тогда же сформировалось и само понятие о глобальных проблемах, которые:
во-первых, касаются всего человечества, затрагивая интересы и судьбы всех стран, народов и социальных сдоев;
во-вторых, приводят к значительным   экономическим   и   социальным   потерям, а в случаях обострения могут угрожать самому существованию человеческой цивилизации;
в-третьих, требуют для своего решения сотрудничества в общепланетарном масштабе, совместных действий всех стран и народов.
Но если иметь в виду главные проблемы, то их не более десятка:
1) Проблема мира и разоружения, предотвращение новой мировой войны;
2) Экологическая проблема;
3) Демографическая проблема;
4).Энерго – сырьевая проблема;
5) Продовольственная проблема;
6) Проблема использования Мирового океана;
7) Проблема мирного освоения космоса. Но если в пределах экологической проблемы отдельно вычленить, скажем, проблемы обезлесения, опустынивания,  загрязнения атмосферы и гидросферы, в пределах демографической проблемы – аспекты демографического взрыва и демографического кризиса, неконтролируемой урбанизации, переселения беженцев, да еще добавить к этому, в качестве самостоятельных проблем, проблемы борьбы с наркоманией и наркобизнесом, с организованной преступностью и терроризмом, ликвидации неграмотности, кризиса культуры и нравственности и многие другие, то общее число таких проблем  возрастет в три-четыре раза.
Проблема войны и мира
На протяжении нескольких послевоенных десятилетий проблема войны и мира, предотвращения новой мировой войны была важнейшей глобальной проблемой человечества, И для этого были все основания. Войны накладывали свой отпечаток на развитие общества во все предыдущие эпохи развития человеческой цивилизации. Только в XX веке в двух мировых и локальных войнах погибло более 100 млн. человек. А во второй половине этого столетия появилось ядерное оружие и возникла реальная возможность уничтожения целых стран и, даже, континентов, то есть практически всей современной цивилизации, В одном ядерном заряде могла быть сконцентрирована разрушительная сила, в несколько раз превышающая силу всех взрывчатых веществ, использованных во всех предшествующих войнах вместе взятых. К тому же ядерные боеприпасы в сочетании с баллистическими ракетами, в случае их применения,  способны в считанные минуты преодолевать огромные расстояния и наносить удары практически по любой точке земного шара, В таком случае потенциальными объектами ядерного поражения неизбежно должны были стать не только, и даже не столько, противоборствующие вооруженные силы, сколько вся территория воюющих и других стран. А суммарная мощность уже накопленного в мире ядерного оружия более чем достаточно, чтобы не раз уничтожить все живое на Земле. В 1987-1991 годах мировая торговля оружием сократилась более чем в два раза. Сократилась она и в большинстве ведущих стран-продавцов, причем в особенности в СССР, который прежде был ведущим мировым экспортером оружия и военной техники, и конкурировал с США за лидерство на мировом рынке вооружений.   
Еще более впечатляющим оказались результаты запрещения химического оружия, производство которого Великобритания прекратила в середине 50-х, Франция в середине 70-х, СССР в 1987 году, а США в 1990 году. В январе 1992 года, после более чем двадцатилетних переговоров и обсуждений, была принята: Международная конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении, которую подписали сразу 130 стран. Двадцатый век, принесший человечеству две невиданные до этого, по масштабам мировые войны, еще более обострил значение проблемы войны и мира, В этот период развивается пацифистское движение, зародившееся, в США и Великобритании после наполеоновских войн. Оно отвергает всякое насилие и любые войны, в том числе и оборонительные. Некоторые современные представители пацифизма считают, что войны исчезнут тогда, когда население на земле станет; стабильным; другие разрабатывают такие мероприятия, на которые можно было бы переключить «воинственный инстинкт» человека. Таким «моральным эквивалентом», по их мнению, может служить развитие спорта, особенно состязаний, связанных с риском для жизни. Известный исследователь И. Галтунга попытался выйти за узкие рамки пацифизма; его концепция выражается в «минимизации насилия и несправедливости в мире», тогда только и смогут высшие жизненные, человеческие ценности. Весьма интересна позиция одного из самых влиятельных теоретиков Римского клуба А.Печчеи, который утверждает, что созданный человеком научно-технический комплекс «лишил его ориентиров и равновесия, повергнув в хаос всю человеческую систему». Основную причину, подрывающую устои мира, он видит в изъянах психологии и морали индивида – алчности, эгоизме, склонности к злу, насилию и т.д. Поэтому главную роль в осуществлении гуманистической переориентации человечества, по его мнению, играет «изменение людьми своих привычек, нравов, поведения». «Вопрос сводится к тому, – пишет он, –  как убедить людей в различных уголках мира, что именно в усовершенствовании их человеческих качеств лежит ключ к решению проблем».
          Проблемы экологии
На   всех   стадиях   своего   развития   человек   был   тесно   связан  с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное  общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит     стать     глобальной     опасностью     для     человечества.     Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время  подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.      
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение, среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.
Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газа и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом, все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.
В рамках экологической проблемы можно выделить такие проблемы, как:
 Химическое загрязнение биосферы. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений – теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.
 Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли – это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия – расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.
 Фотохимический туман (смог) представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят: озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
 Химическое загрязнение природных вод. Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является внесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ – загрязнителей, ухудшающих качество воды.  
 Неорганическое загрязнение Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.
 Органическое загрязнение. Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 — 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.
 3агрязнение почвы. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка  определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.
 Пестициды как загрязняющий фактор. Открытие пестицидов – химических средств защиты растений и животных от различных вредителей и болезней – одно из важнейших достижений современной науки.
Неумеренное применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности и возможности их обезвреживать химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой скоростью деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.                                                                 
Охрана природы – задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями. Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.                                                  
           Энерго-сырьевые проблемы
История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д. С древнейших времен известны уголь и нефть – вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка «топливо» включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и (или) добываются промышленным, способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т.п.), торф, горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.
В настоящее время нефтяная промышленность России находится в состоянии глубокого кризиса, что обусловило резкое падение добычи нефти. Важное значение для повышения эффективности функционирования нефтяного комплекса России имеет проводимая в настоящее время работа по его акционированию и приватизации. В процессе акционирования принципиальные изменения происходят в организационных формах. Государственные предприятия по добыче и транспорту нефти, ее переработке и нефтепродуктообеспечению преобразуются в акционерные общества открытого типа. При этом 38% акций указанных обществ остается в государственной собственности. Для коммерческого управления пакетами акций, находящихся в государственной собственности, образовано специальное Государственное предприятие «Роснефть», которому передаются пакеты государственных акций около 240 акционерных обществ, в том числе по добыче нефти и газа – 26, по нефтепереработке – 22, по нефтепродуктообеспечению – 59, а также по производству масел и смазок, переработке газа, бурению скважин, геофизике, машиностроению, науке и другим видам обслуживающих производств. В состав «Роснефти» вошли также различные ассоциации, банки, биржи и другие организации.
Перспективы развития нефтяной промышленности России на предстоящий период в определяющей мере зависят от состояния ее сырьевой базы. Россия обладает крупными неразведанными ресурсами нефти, объем которых кратно превышает разведанные запасы. Результаты анализа качественной структуры неразведанных ресурсов нефти в России свидетельствует об их неидентичности разведанным запасам. Ожидается, что открытие новых крупных месторождений возможно главным образом в регионах с низкой разведанностью – на шельфах северных и восточных морей, в Восточной Сибири. В связи с этим Минтопэнерго РФ разрабатываются предложения о принятии в законодательном порядке ряда мер, направленных на экономическое стимулирование применения новых эффективных методов повышения нефтеотдачи пластов. Эти меры позволят улучшить финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию новых технологий и технических средств, активнее развивать, материально-техническую базу институтов, занимающихся разработкой новых методов, а главное – более динамично наращивать добычу нефти из месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Сотрудничество с иностранными фирмами в области нефтегазодобывающей отрасли приобретает все большие масштабы. Это вызывается как необходимостью привлечения в создавшихся экономических условиях иностранного капитала, так и стремлением использования применяемых в мировой практике наиболее прогрессивных технологий и техники разработки нефтегазовых месторождений, которые не получили должного развития в отечественной промышленности. Все процессы добычи, переработки и транспортировки топлива охватывает топливная промышленность, которая является составной частью топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Топливная промышленность нашей страны имеет редкую возможность опираться исключительно на собственные запасы.
      Проблемы Мирового Океана
Мировой океан, как колоссальное скопление воды, способствует жизни на Земле. Тем более что основной процент кислорода на Земле воспроизводят не леса, а сине — зеленые водоросли – обитающие в океане.
Сегодня в холодных водах северной Атлантики ведётся беспрерывный лов сельди – одной из самых питательных рыб. Треска – второй по важности объект промышленного рыболовства в Северной Европе. Южнее – наиболее важное значение имеют рыбы: макрель (родственная тунцу), морской язык и. камбала. Это только несколько рыб из того множества морских животных, которые ловит человек. Но человек не сумел сохранить девственность Мирового океана, поэтому возникают различные проблемы, связанные с Мировым океаном, прежде всего его загрязнение нефтью и нефтепродуктами. К началу 80-х годов в океан ежегодно поступало около 6 млн.т. нефти, что составляло: 0,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, – все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах, морских путей. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг). Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составляет около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием, для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.
          Демографическая проблема
Последняя демографическая революция началась в 50-е годы XX века. Она    охватила,    прежде    всего,    развивающиеся    страны,    тем    самым, распространив свое влияние на большую часть мира. В известной мере ее можно считать следствием незавершенности демографического перехода — в смысле несинхронности изменений, произошедших в процессах смертности и рождаемости. Переход к новым показателям коэффициента смертности совершился в странах Азии, Африки и Латинской Америки за феноменально короткий    срок   в    15-20    лет.    Благодаря    широкому    использованию достижений медицины и предупреждения различных заболеваний, особенно эпидемических, уровень смертности сократился в 2-3 раза. А показатели коэффициента рождаемости еще долгое время продолжали оставаться на прежнем очень высоком уровне. Эта «вилка» и обусловила возникновение демографической революции наших дней, которая стала одной из наиболее характерных черт современного этапа развития человеческой цивилизации. Для ее обозначения очень широко применяется термин «демографический взрыв», который из публицистической литературы перешел и в научные  исследования.          
В 1992 году мировая политика народонаселения обсуждалась на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро. Было отмечено, что решение демографических проблем в каждой стране должно стать составной частью ее национальной стратегии устойчивого развития. Каждая страна должна определить свои демографические цели и программы, исходящие из возможностей жизнеобеспечения растущего населения.
Несмотря   на  перспективы     роста  населения   Земли,   постепенное     затухание «демографического взрыва», по-видимому, коснется уже не только относительных, но и абсолютных показателей воспроизводства населения. При этом  нужно также учитывать, что  в   1994  году  Фондом  ООН по народонаселению был разработан двадцатилетний план демографического развития планеты, Которым, в частности, предусматривается к 2015 году распространить программы ограничения роста народонаселения практически по всему миру.                  
Явление «демографического взрыва» было бы неправильно рассматривать только в общепланетарном аспекте, поскольку оно имеет и ярко выраженный региональный аспект, нашедший отражение в таблице 1.
В России к настоящему времени и в мире сложилась крайне неблагоприятная демографическая ситуация, которую можно оценить как катастрофическую; большинство демографических процессов развивается неблагоприятно с любой точки зрения (экономической, политической, оборонной, международной и т.д.). Население страны уменьшается в численности, возрастная структура его стареет, происходит процесс депопуляции, т.е. убыль населения за счет превышения числа смертей над числом рождений. В 1997 г. в целом по стране родилось 1 млн. 260 тыс. детей, а умерло – 2 млн. 16 тыс. человек, т.е. число смертей на 60 % превысило число рождений. Положительный миграционный прирост населения в нашу страну не может продолжаться бесконечно, поскольку большинство мигрантов – это вынужденные эмигранты. Статистика показывает, что уже сегодня довольно быстро идет сокращение миграционного прироста по сравнению с 1994 г., когда миграционный прирост составил 810 тыс. человек.
Главным, определяющим фактором современной демографической ситуации является рождаемость, которая упала в нашей стране до самого низкого в мире уровня. При этом всегда какая-то часть браков остается в течение всей жизни бездетными, а какая-то — ограничивается рождением лишь одного ребенка. Для компенсации однодетности, которая уже получила большое распространение среди российских семей, особенно в крупных городах, требуется значительная доля браков с тремя и более детьми. Исследования факторов рождаемости в нашей стране и во многих других странах на протяжении всего XX в. показали, что количество детей не зависит от случайных обстоятельств, а является во многом результатом принятия людьми осознанных решений реализации их жизненных планов, под воздействие социальных норм и экономических условий, которые действуют не автоматически, а преломляясь через человеческую волю, выбор, через психологическую культуру людей.
           Продовольственная проблема
Глобальная продовольственная проблема – едва ли не древнейшая из всех глобальных проблем человечества. Голод – как крайнее ее проявление и огромное социальное бедствие — обрушивался на массы людей и в древности, и в средние века, и в периоды новой и новейшей истории. Об этом свидетельствуют примеры Древнего Рима, средневековой Европы, России, Индии, Китая.
В наши дни продовольственный потенциал Земли в принципе достаточен для удовлетворения потребностей ее жителей. Например, в 1990 г. в мире было произведено 1900 млн. т зерна, 600 млн. т клубнеплодов, 430 млн. т овощей, 340 млн. т фруктов, 110 млн. т сахара, 170 млн. т мяса, 550 млн. т молока. И, тем не менее, массовый голод еще далеко не изжит, и продовольственная проблема с полным основанием рассматривается в качестве глобальной. Это объясняется тем, что данная проблема выходит далеко за рамки сельского хозяйства, являясь многоаспектной социально-экономической проблемой, к тому же теснейшим образом связанной с рядом других глобальных проблем человечества. Нужно также иметь в виду, что голод в наши дни, как, впрочем, и в прошлом, проявляется в двух главных формах. Первая из них – хроническое, постоянное голодание, которое действует в основном косвенно, увеличивая подверженность людей различного рода, заболеваниям и истощая их. Эту форму голода обычно именуют недоеданием. Вторая форма – это, так сказать, голод, приводящий к массовой гибели людей.
Главной ареной голода и недоедания в современном мире являются не экономически развитые, а развивающиеся страны. При этом было бы неправильно не учитывать достижений молодых государств в структуре сельского хозяйства и снабжения продовольствием. В самом деле, если в 30-40-х годах среднегодовой прирост сельскохозяйственной продукции в странах Азии, Африки и Латинской Америки составлял примерно 1 %, то в период независимого послеколониального развития он поднялся до 2,5 – 3 %. Многие развивающиеся страны, широко применившие достижения «зеленой революции» добились полного или почти полного самообеспечения продуктами питания. Но некоторые страны просто не имеют достаточных продовольственных ресурсов. Другие же, обладая такими ресурсами, не могут обеспечить необходимую покупательную способность значительной части своего населения. При оценке продовольственной ситуации в странах Азии, Африки и Латинской Америки необходимо также принимать во внимание незавершенность проведенных в них аграрных реформ, бедность широчайших масс крестьянства (плохо обеспеченных землей, а то и вовсе лишенных ее), отсталость систем земледелия, зачастую нерациональное использование земельных и водных ресурсов, частые стихийные бедствия, уничтожающие труд миллионов людей. Надо учитывать и то, что потери урожая, например в Африке, достигают 30-40 %. И то, что в этих странах перерабатывается лишь 10-20% первичной сельскохозяйственной продукции, тогда как в экономически развитых странах Запада – 70-80 %.
       Проблема мирного освоения космоса
Космос — глобальная среда, общее достояние человечества. Поэтому его мирное освоение относится к числу глобальных проблем. С одной стороны, она затрагивает интересы всех государств планеты, а с другой — требует концентрации технических, экономических, интеллектуальных усилий многих стран и народов, открывая тем самым огромные возможности для сотрудничества всего человечества на многие десятилетия и даже века вперед. При этом уже сформировались два главных направления — космическое производство и космическое землеведение.
Космическое производство также можно трактовать в двух аспектах. Во-первых,   это   создание  для  космических  исследований  новых  видов материалов, источников энергии, двигателей, приборов, которое, в свою очередь,    дало    сильнейший   импульс    общему   развитию   электроники,   вычислительной техники и многих других чисто «земных» производств. Возникнув   для   удовлетворения   нужд   космонавтики,   они   затем   стали использоваться и в не связанных с нею отраслях. Выпуск машин и приборов, предназначенных для искусственных спутников, космических кораблей и ракетоносителей, заставил измениться и сами предприятия-производители. Таким образом, космонавтика как бы «повела за собой» ведущие, наиболее высокотехнологичные отрасли промышленности. В России в последнее время из-за общего кризиса этот процесс резко замедлился. Например, при конструировании системы «Энергия» — «Буран» специалисты создали 581 вариант новых материалов, но из-за отсутствия средств они не были внедрены в другие отрасли народного хозяйства.
Во-вторых, это космические технологии, когда состояние невесомости используется для получения ряда сплавов, оптических стекол, полупроводниковых материалов, медицинских препаратов, для выращивания кристаллов, для осуществления сварочных и монтажных работ. Например, такие опыты активно проводились советскими космонавтами на борту космической лаборатории «Салют». Их надо рассматривать как подготовку к обживанию космического пространства в более отдаленном будущем.
Но при освоении космического пространства нельзя не учитывать двух важных факторов. Во-первых, того, что ближний космос и так уже сильно «засорен» человеком. Еще в середине 80-х годов на земных орбитах находилось? по меньшей мере? 10-15 тысяч более крупных и примерно 40 тысяч мелких искусственных объектов, которые, по выражению одного французского специалиста, превратили ближний космос в «космическую помойку». Ответственность за это почти в равной степени несут США и Россия и в гораздо меньшей Западная Европа. Во-вторых, того, что космос, как общее достояние человечества, всегда должен оставаться мирным, открытым для препятственного его использования в интересах людей. Вот почему перенос в сферу космоса земных конфликтов и развязывание разного рода «звездных войн» совершенно недопустимо.                                           
   С появлением глобальных проблем в большинстве наук наметился повышенный интерес к будущему, к перспективам развития. Это будущее исследовалось на всех уровнях — локальном, страновом, региональном,  и глобальном, причем, вполне естественно, наибольший интерес вызывали глобальные прогнозы. Так возникло новое междисциплинарное направление — глобальное прогнозирование, занимающееся анализом современных и в особенности общих тенденций развития человечества. С самого начала оно приняло форму глобального моделирования и нашло выражение в построении математических моделей сложных многофакторных процессов мирового развития. Со временем они подверглись определенной структуризации, и в результате стали выделять модели социально-экономического, демографического, экологического развития. Но для наиболее важных из них всегда был и остается характерным комплекс подход.
Российские и зарубежные авторы, рассматривающие проблемы глобального прогнозирования и моделирования, обычно выделяют в этом процессе модели первого, второго, третьего поколений. Они отличаются друг от друга не столько методикой расчетов (хотя и постоянно совершенствуется), сколько общей направленностью и общим характером оценок и прогнозов, имея в виду степень их оптимизма или пессимизма.
Глобальные экологические проблемы (парниковый эффект, истощение озонового слоя, массовое сведение лесов, кислотные дожди, отходы производства, проблемы сельского хозяйства и производства энергии – ТЭС, ГЭС и АЭС).
Научно-технический прогресс поставил перед человечеством ряд новых, весьма сложных проблем, с которыми оно до этого не сталкивалось вовсе, или проблемы не были столь масштабными. Среди них особое место занимают отношения между человеком и окружающей средой. В прошлом столетии на природу легла нагрузка, вызванная 4-кратным ростом численности населения и 18-кратным увеличением объема мирового производства.
Ученые утверждают, что примерно с 60—70-х годов XX ст. изменения окружающей среды под воздействием человека стали всемирными, то есть затрагивающими все без исключения страны мира, поэтому их стали называть глобальными. Среди них наиболее актуальны:
♦ изменение климата Земли;
♦ разрушение озонового слоя;
♦ трансграничный перенос вредных примесей и загрязнение воздушного бассейна;
♦ истощение запасов пресной воды и загрязнение вод Мирового океана;
♦ оскудение биологического разнообразия;
♦ загрязнение земель, разрушение почвенного покрова и др.Изменения окружающей среды в 70—90-х годах XX ст. и
прогноз на 2030 г. отражены в табл. 21.1.
Таблица 21.1
Изменения окружающей среды и ожидаемые тенденции до 2030 г.*
Характеристика Тенденция 70—90-х гг. XX ст. Сценарий 2030 г.

Сокращение площади естественных экосистем   Сокращение со скоростью 0,5—1,0 % в год на суше; к началу 90-х гг. их сохранилось около 40 % Сохранение тенденции, приближение к почти полной ликвидации на суше
Потребление первичной биологической продукции Рост потребления: 40 % на суше, 25 % — глобальный (оценка 1985 г.) Рост потребления: 80—#5 % на суше, 50—60 % — глобальный
Изменение концентрации парниковых газов в атмосфере Рост концентрации парниковых газов от десятых долей процента до процентов ежегодно Рост концентрации, ускорение роста концентрации С02 и СН4 за счет ускорения разрушения биоты
Истощение озонового слоя, рост озоновой дыры над Антарктидой Истощение на 1—2 % в год озонового слоя, рост площади озоновых дыр Сохранение тенденции даже при прекращении выбросов хлорфторуглеродов (ХФУ) к 2000 г.
Сокращение площади лесов, особенно тропических Сокращение со скоростью от 117 (1980 г.) до 180 ± 20тыс. км2 (1989г.) в год; лесовосстановление относится к сведению как 1 : 10 Сохранение тенденции, сокращение площади лесов в тропиках с 18 (1990 г.) до 9—11 млн км2, сокращение площади лесов умеренного пояса
Опустынивание Расширение площади пустынь (60 тыс. км2 в год), рост техногенного опустынивания, токсичных пустынь Сохранение тенденции, возможен рост темпов за счет уменьшения влагооборота на суше и накопления поллютантов в почвах
Деградация земель Рост эрозии (24 млрд т ежегодно), снижение плодородия, накопление загрязнителей, закисление, засоление Сохранение тенденции, рост эрозии и загрязнения, сокращение сельскохозяйственных земель на душу населения
Повышение уровня океана Подъем уровня океана на 1—2 мм в год Сохранение тенденции, возможно ускорение подъема уровня до 7 мм/год
Стихийные бедствия, техногенные аварии Рост числа на 5—7 %, рост ущерба на 5—10 %, рост количества жертв на 6—12 % в год Сохранение и усиление тенденций
Исчезновение биологических видов Быстрое исчезновение биологических видов Усиление тенденции по мере разрушения биосферы
Качественное истощение вод суши Рост объемов сточных вод, точечных и площадных источников загрязнения, числа поллю-тантов и их концентрации Сохранение и нарастание тенденций
Накопление пол-лютантов в средах и организмах, миграция в трофических цепочках Рост массы и числа поллю-тантов, накопленных в средах и организмах, рост радиоактивности среды, «химические бомбы» Сохранение тенденций и возможное их усиление
Ухудшение качества жизни, рост заболеваний, связанных с загрязнением окружающей среды, в том числе генетических, появление новых болезней Рост бедности, нехватка продовольствия, высокая детская смертность, высокий уровень заболеваемости, необеспеченность чистой питьевой водой в развивающихся странах; рост генетических заболеваний, высокий уровень аварийности, рост потребления лекарств, рост аллергических заболеваний в развитых странах; пандемия СПИД в мире, понижение иммунного статуса Сохранение тенденций, рост нехватки продовольствия, рост заболеваний, связанных с экологическими нарушениями, в том числе генетических, расширение территории инфекционных заболеваний, появление новых болезней

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан на встрече глав государств и правительств стран-членов ООН (сентябрь 2000 г.) представил доклад «Мы, народы: роль Организации Объединенных Наций в XXI веке»19. В докладе рассмотрены приоритетные стратегические области, которые встают перед человечеством в новом тысячелетии, и подчеркивается, что «задача обеспечить для последующих поколений экологически устойчивое будущее станет одной из самых сложных».
Глобальное потепление. В результате изучения материалов метеорологических наблюдений во всех районах земного шара установлено, что климат подвержен определенным изменениям. Начавшееся в конце XIX в. потепление особенно усилилось в 20—30-х годах XX в., однако затем началось медленное похолодание, которое прекратилось в 60-е годы. Исследование геологами осадочных отложений земной коры показало, что в прошедшие эпохи происходили гораздо большие изменения климата. Поскольку эти изменения были обусловлены природными процессами, их называют естественными.
Наряду с естественными факторами на глобальные климатические условия оказывает все возрастающее влияние хозяйственная деятельность человека. Это влияние начало проявляться тысячи лет назад, когда в связи с развитием земледелие в засушливых районах стало широко применяться искусственно орошение. Распространение земледелия в лесной зоне также приводило к некоторым изменениям климата, так как требовало вырубки лесов на больших пространствах. Однако изменения климата в основном ограничивались изменениями метеорологических условий в нижнем слое воздуха в тех районах, где осуществлялись значительные хозяйственные мероприятия.
Во второй половине XX в. в связи с быстрым развитием промышленности и ростом энерговооруженности возникли перспективы изменения климата на всей планете. Современными научными исследованиями установлено, что влияние антропогенной деятельности на глобальный климат связано с действие»! нескольких факторов, из которых наибольшее значение имеют:
♦ увеличение количества атмосферного углекислого газа, также некоторых других газов, поступающих в атмосферу в хон де хозяйственной деятельности, что усиливает в ней парниковый эффект;
♦ увеличение массы атмосферных аэрозолей;
♦ возрастание количества вырабатываемой в процессе хозяйственной деятельности тепловой энергии, поступающей в атмосферу.
Наибольшее значение имеет первая из указанных причин антропогенного изменения климата. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере определяется образованием С02 в результате сжигания угля, нефти и других видов топлива. Кромеуглекислого газа на парниковый эффект атмосферы может влиять увеличение примесей других газов — метана, оксида азе озона, хлорфторуглеродов.
В отличие от газов, составляющих малые примеси в атмосферном воздухе, поступление углекислого газа в атмосферу столь велико, что прекращение этого процесса в ближайшие десятилетия представляется технически неосуществимым. Кроме того, объемы потребления энергии в развивающемся мире начинают быстро расти.
Постепенный рост количества С02 в атмосфере уже оказывает заметное влияние на климат Земли, изменяя его в сторону потепления. Общая тенденция к повышению температуры воздуха, которая наблюдалась в XX ст., усиливается, что уже привело к повышению средней температуры воздуха на 0,5 °С.
В результате четырехкратного увеличения во второй полови не XX в. объема выбросов углеродистых соединений атмосфера Земли стала нагреваться возрастающими темпами (рис. 1)
‘Согласно прогнозам ООН, в XXI ст. средняя температура повысится еще больше — на 1,2—3,5 °С, что вызовет таяние ледников и полярных льдов, поднимет уровень Мирового океана, созидает угрозу для сотен миллионов жителей прибрежных районов и полностью затопит некоторые острова, обусловит развитие и других негативных процессов, прежде всего — опустынивания земель.
 
 
 
 

По мере усиления тенденций к потеплению погодные условия становятся более изменчивыми, а климатические стихийные бедствия — более разрушительными. Возрастает ущерб, наносимый стихийными бедствиями мировому хозяйству (рис. 21.2.). Лишь за один 1998г. он превысил ущерб, нанесенный стихийными бедствиями за все 80-е годы прошлого столетия, десятки тысяч людей погибли и около 25 млн «экологических беженцев» вынуждены были покинуть свои дома.
Проблема защиты атмосферы. Она тесно соприкасается с проблемой изменения климата Земли. Одним из первых шагов мирового сообщества по ее разрешению было заключение ряда крупномасштабных международных соглашений.
С целью предотвращения антропогенного изменения климата в 1977 г. была подписана Конвенция о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду (конвенция бессрочная и не допускающая выхода из нее).
 
 

На международном правовом уровне проблема охраны, атмосферного воздуха от загрязнения впервые была урегулирована в 1979 г. Под эгидой Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК) была заключена Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния — это многостороннее соглашение,содержащее общие обязательства государств по контролю за загрязнением, обмену информацией о состоянии окружающей среды, взаимным консультациям, мониторингу атмосферного воздуха, оценке трансграничного воздействия. Впоследствии конвенция была дополнена протоколами по сокращению выбросов конкретных загрязняющих веществ в атмосферу:
— о сокращении выбросов серы или их трансграничных потоков на 30 %;
— об ограничении выбросов окислов азота или их трансграничных потоков.
Дальнейшие активные усилия по снижению антропогенные воздействия на климат Земли мировое сообщество предприняли на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (1992)где была открыта для подписания Конвенция ООН об изменение климата, цель которой — добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таких уровнях, которые не будут оказывать опасное воздействие на глобальную климатическую систему. Причем решение этой задачи предполагалось осуществить в сроки, достаточные для естественной адаптации экосистем к изменению климата и позволяющие избежать угрозы производству продовольствия, а также обеспечивающие дальнейшее экономическое развитие на устойчивой основе.
Для ослабления угрозы глобального потепления необходимо в первую очередь сократить объем выбросов двуокиси углерода.
Большинство этих выбросов возникает в результате сжигания ископаемого топлива, которое по-прежнему обеспечивает более 75 % мировой энергии. Быстро увеличивающееся число автомобилей на планете усиливает опасность дальнейшего объема выбросов. Стабилизация С02 в атмосфере на безопасном уровне возможна при общем снижении (примерно на 60 %) объема выбросов «парниковых газов», вызывающих глобальное потепление. В этом может помочь дальнейшее развитие энергосберегающих технологий, более широкое использование возобновляемых источников энергии.
Разрушение озонового слоя Земли. Основное количество озона образуется в верхнем слое атмосферы — стратосфере, на высотах от 10 до 45 км. Слой озона защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Поглощая это излучение, озон существенно влияет на распределение температуры в верхних слоях атмосферы, что в свою очередь оказывает влияние на климат.
Общее количество озона и его распределение в атмосфере является результатом сложного и до конца, не изученного динамического равновесия фотохимических и физических процессов, определяющих его образование, разрушение и перенос. Примерно с 70-х годов XX ст. наблюдается глобальное уменьшение количества стратосферного озона. Над некоторыми районами Антарктики в сентябре—октябре значения общего содержания озона уменьшаются на 60 %, в средних широтах обоих полушарий уменьшение составляет 4—5 % за десятилетие. Истощение озонового слоя планеты ведет к разрушению сложившегося биогенеза океана вследствие гибели планктона в экваториальной зоне, угнетению роста растений, резкому увеличению глазных и раковых заболеваний, а также болезней, связанных с ослаблением иммунной системы человека и животных, повышению окислительной способности атмосферы, коррозии металлов и т.д.
Ф. Роулэнд и М. Молино (Беркли) обосновали принятую в настоящее время мировой общественностью точку зрения, что хлорфторуглероды (ХФУ) — инертные в обычных условиях вещества, — попадая в стратосферу и разрушаясь под действием ультрафиолетового излучения Солнца, выделяют свободный хлор, участвующий в каталитических реакциях разрушения озона. ХФУ широко используются в качестве газов-наполнителей в аэрозольных упаковках, при производстве мягких и твердых пенистых веществ, в качестве хладонов в холодильных установках и кондиционерах, в качестве растворителей — в промышленном производстве и т.п. Попадая в атмосферу, одна молекула такого инертного газа способна разрушить до 1000 молекул озона, а некоторые ХФУ могут сохраняться в атмосфере более 100 лет.
Выброс ХФУ в середине 70-х годов составлял 850 тыс. т, а середине XXI ст. может достичь 1,7—3,7 млн т в год.
В связи с усиливающимся разрушением озонового слоя перед мировым сообществом возникла сложная задача его запр ты. В 1985 г. на Конференции по охране озонового слоя была принята многосторонняя Конвенция об охране озонового слоя Земли. Для осуществления в рамках Венской конвенция политических и экономических мер по защите стратосферного озона был разработан и принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987). Протокол определяет перечень, порядок и нормы поэтапного снижения производства и потребления озоноразрушающих веществ.
В соответствии с Протоколом производство веществ, наносящих наибольший ущерб озоновому слою, было прекращено а развитых странах в 1996 г., а в развивающихся странах прогнозируется их прекращение к 2010 г. Если бы Протокол не был подписан, уровни веществ, разрушающих озоновый слой, были бы сейчас в пять раз выше ныне существующих.
Истощение запасов пресной воды и загрязнение вод Мирового океана. За период с 1900 г. по 1995 г. потребление пресной воды в мире увеличилось в шесть раз, что более чем в два раза! превышает темпы прироста населения. Уже сейчас почти одна треть мирового населения проживает в странах, где потребляв мый объем воды на 10 % превышает общий объем имеющих запасов. Если нынешние тенденции сохранятся, то к 2025 г. условиях дефицита будут проживать каждые два из трех жителей Земли.
Основным источником обеспечения человечества пресной водой являются в целом активно возобновляемые поверх н о с т н ы е воды, которые составляют около 39 000 км3 в год. Еще 70-е годы эти огромные ежегодно возобновляемые ресурсы пресной воды обеспечивали на одного жителя земного шара в среднем около 11 тыс м3, в 80-е годы обеспеченность водными ресурсами на душу населения снизилась до 8,7 тыс м3/год, а к kohi XX ст. — до 6,5 тыс м3/год. С учетом прогноза роста численности населения Земли к 2050 г. (до 9 млрд чел.) обеспеченность водой упадет еще до 4,3 тыс м3/год. Человечество настораживают довольно резкое (почти в 2 раза) падение обеспеченности пресной водой в конце XX ст.
Вместе с тем, необходимо учитывать, что приведенные средние данные носят слишком обобщенный характер. Неравномерность распределения населения и водных ресурсов поземному шару приводит к тому, что в некоторых странах ежегодная обеспеченность населения ресурсами пресной воды снижается 1000—2000 м3/год (страны Южной Африки) или повышается до 100 тыс. м3/год (Новая Зеландия). В таких обильных водой и малонаселенных районах, как Аляска, Гвиана, обеспеченность водными ресурсами на душу населения даже превышает 2 млн м8.
Сказываются колебания речного стока во времени, когда в некоторых странах в маловодные годы ресурсы пресных вод уменьшаются в 3—4 раза; в отдельных районах Северной и Восточной Африки не бывает дождей в течение нескольких лет, и реки пересыхают.
Подземные воды обеспечивают потребности одной трети населения Земли. Особую озабоченность человечества вызывает их нерациональное использование и методы эксплуатации. Добыча подземных вод во многих регионах земного шара ведется в таких объемах, которые значительно превышают способность природы к их возобновлению. Это широко распространено на Аравийском полуострове, в Индии, Китае, Мексике, странах СНГ и США. Отмечается падение уровня подземных вод на 1—3 м в год.
В некоторых регионах мира происходит острейшая конкурентная борьба между государствами за водные ресурсы для орошения и производства электроэнергии, которая, по всей вероятности, еще более обострится с ростом численности населения. Сегодня от нехватки воды наиболее сильно страдают Ближний Восток и Северная Африка, однако к середине XXI в. к ним присоединятся и страны Африки к югу от Сахары, поскольку за это время их население увеличится в два или даже в три раза.
Охрана количества водных ресурсов непосредственно связана с разработкой стратегии водопользования на национальном и местных уровнях. На первый план ставится задача всемерного уменьшения расходования воды на единицу сельскохозяйственной промышленной продукции. ООН видит необходимость проведения в сельском хозяйстве «голубой революции», цель которой состоит в увеличении отдачи сельскохозяйственного производства на единицу расходуемых водных ресурсов при более эффективном управлении водным хозяйством. Текущие тенденции и грядущие кризисы в области водных ресурсов достаточно глубоко изучаются наукой; найдены многие технически? решения, которые на данном этапе экономически слабо обоснованы и требуют больших затрат.
Гораздо более многоплановую и сложную задачу представляет охрана качества водных ресурсов. Использование воды для хозяйственных целей также является одним из звеньев круговорота воды. Но антропогенное звено круговорота существенно отличается от естественного тем, что лишь часть использованной человеком воды в процессе испарения возвращается в атмосферу. Другая ее часть, особенно при водоснабжении городов и промышленных предприятий, сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами производства.
Этот процесс продолжается в течение тысячелетий. С ростом городского населения, развитием промышленности, использованием в сельском хозяйстве минеральных удобрений и вредныххимических веществ загрязнение поверхностных пресных вод стало приобретать глобальные масштабы.
Наиболее серьезную и насущную проблему представляет обстоятельство, что более чем у 1 млрд человек отсутствует доступ к безопасной питьевой воде, а половина населения земного шара не имеет доступа к надлежащим санитарно-гигиеничеким услугам. Во многих развивающихся странах реки, протекающие через крупные города, представляют собой сточные канавы, и это создает опасность для здоровья населения.
Согласно подсчетам, причинами 80 % всех заболеваний развивающихся странах является отсутствие безопасной воды плохие санитарно-гигиенические условия. Каждый год из-за этого умирают более 5 млн человек, более половины из жертв — дети. Ничто не внесет больший вклад в сокращение заболевав мости и в спасение жизни людей в развивающихся странах, как обеспечение населения безопасной водой и надлежащими санитарно-гигиеническими условиями.
До сознания людей необходимо довести масштабы и причины нынешних и грядущих кризисов в области водных ресурсов» В этой связи Международный форум по водным ресурсам, который состоялся в марте 2000 г., определил ряд реально достижимых целей, касающихся водных ресурсов и санитарно-гигиенических условий.
Мировой океан, крупнейшая экологическая система плане ты Земля, представляет собой акватории четырех океанов — Атлантического, Индийского, Тихого, Северного Ледовитого — с всеми взаимосвязанными прилежащими морями. Морская вода занимает 95 % объема всей гидросферы. Будучи важным, звено в круговороте воды, она обеспечивает питание ледников, рек озер, а тем самым — жизнь растений и животных. Мировой океан играет огромную роль в создании необходимых условий жизни на нашей планете, его фитопланктон обеспечивает 50—70 общего объема кислорода, потребляемого живыми существам.
Радикальные перемены в использовании ресурсов Мирового океана принесла научно-техническая революция. Она необычайно расширила глубину, и диапазон научных исследований открыла путь к всеобъемлющему изучению океана, определи и обеспечила новые направления развития технологии морского хозяйства. Вместе с тем с НТР связаны и многие негативны процессы, и среди них — загрязнение вод Мирового океана. Катастрофически увеличивается загрязнение океана нефтью, химическими веществами, органическими остатками, захоронениями радиоактивных производств и др. По отдельным оценкам, Мировой океан поглощает главную часть загрязняющих веществ.
Международное сообщество активно ведет поиск путей эффективной охраны морской среды; в настоящее время существует более 100 конвенций, соглашений, договоров и других правовых актов. Международные соглашения регулируют различные аспекты, обусловливающие предотвращение загрязнения Мирового океана, среди них:
♦ запрещение или ограничение определенными условиями сбросов загрязняющих веществ, образующихся в процессе нормальной эксплуатации (1954);
♦ предотвращение преднамеренного загрязнения морской среды эксплуатационными отходами с судов, а также частично от стационарных и плавучих платформ (1973);
♦ запрещение или ограничение захоронения отходов и других материалов (1972);
♦ предотвращение загрязнения или уменьшение его последствий в результате аварий и катастроф (1969, 1978).
В формировании нового международно-правового режима Мирового океана ведущее место занимает Конвенция ООН по морскому праву (1982), включающая комплекс проблем охраны и использования Мирового океана в условиях современной научно-технической революции. Конвенция провозгласила международный район морского дна и его ресурсы общим наследием человечества.
Разрушение почвенного покрова Земли. Проблема земельных ресурсов в настоящее время стала одной из крупнейших глобальных проблем не только из-за ограниченности земельного фонда планеты, но и потому, что естественная способность почвенного покрова производить биологическую продукцию ежегодно уменьшается как относительно (в расчете на душу прогрессивно возрастающего мирового населения), так и абсолютно (за счет увеличения потерь и деградации почвы в результате деятельности самого человека).
Человечество за свою историю безвозвратно потеряло больше плодородных земель, чем их распахивается во всем мире (более 1,5 млрд га), превратив когда-то продуктивные пахотные земли в пустыни, пустоши, болота, кустарниковые заросли, бедленды, овраги. Многие безжизненные пустыни мира — это результат деятельности человека. Процесс этих безвозвратных потерь продолжается и сейчас. По самым оптимистическим подсчетам специалистов ООН, почти 2 млрд га земли подвержены вызываемой деятельностью человека деградации, что ставит под угрозу существование почти 1 млрд человек. Основные причины этого — засоление почв в результате орошения, а также эрозия, вызванная чрезмерным выпасом, обезлесением, опустыниванием земель.
Эрозия почвы известна человеку давно, но особенное развитие она получила в современную эпоху в связи с интенсификацией земледелия, с многократным усилением нагрузки на почвенный покров.
Вторым по значению деградационным процессом, также широко распространенным во всем мире, является сложный комплекс различных неблагоприятных вторичных последствий орошаемого земледелия, среди которых особенно выделяются вторичное засоление, заболачивание почв. Увеличение в пахотном слое орошаемой почвы содержания солей до 1 % снижает ; урожай на одну треть, а при содержании в 2—3 % урожай поги- ‘ бает полностью.
Истощение пахотных и пастбищных почв, падение их плодородия происходит во всем мире в результате нерационального интенсивного их использования. Есть и другие деградационные процессы: заболачивание почв в районах достаточного или избыточного атмосферного увлажнения, уплотнение почв, техногенное их загрязнение. В мире каждый год дополнительно 20 млн га сельскохозяйственных угодий становятся непригодными для возделывания сельскохозяйственных культур вследствие деградации почв или наступления городов. В то же время , ожидается, что в течение следующих 30-ти лет спрос на продовольствие в развивающихся странах удвоится. Новые земли могут и будут осваиваться, однако это будет в основном происходить в зоне рискованного земледелия, где почвы в еще большей; степени подвержены деградации.
Таким образом, перед человечеством встала реальная угроза его будущей глобальной продовольственной безопасности. Достижения в области сельскохозяйственной биотехнологии мог;оказать помощь развивающимся странам, однако воздействие биотехнологии на экологию в полной мере не изучено, необходима дальнейшая научная разработка биобезопасности.
Сохранение биологического разнообразия. Основным гарантом поддержания стабильных условий существования жизни на Земле является сохранение максимального биологического разнообразия, то есть всех возможных форм живых организмов всех сред обитания, включая наземные, морские и водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются. Это понятие включает как внутривидовое разнообразие, так и межвидовое, а также разнообразие экосистем. Огромное разнообразие организмов на нашей планете — это необходимое условие поддержания нормального состояниями функционирования биосферы в целом. Видовая разнокачественность групп растений и животных, численность отдельных видов, биомасса определяют их роль в биотическом круговороте веществ и переносе энергии.
На протяжении эволюции одни виды вымирали, другие возникали и достигали своего расцвета и снова исчезали, а на смену им выступали новые. Этот процесс связан, прежде всего, с динамикой климата Земли и некоторыми геологическими процессами. В результате этого не только один вид сменялся другим, но изменялись и целые биотические сообщества. Однако это происходило необычайно медленно, на протяжении десятков миллионов лет. В период научно-технической революции главной силой, преобразующей растительный и животный мир, выступает человек.
Наиболее заметно сокращение лесной площади нашей планеты: за последние 300 лет уничтожено 66—68 % лесов и лесистость сократилась до 30 %. Рост численности населения и развитие мирового хозяйства постоянно поддерживают растущий глобальный спрос на лесную продукцию. В период 1990—1995 гг. в развивающихся странах в результате чрезмерной вырубки, трансформации под сельскохозяйственные угодья, болезней и пожаров было потеряно почти 65 млн га лесных угодий. Особенно угрожающее положение сложилось в тропических лесах. При современной скорости их сведения вначале XXI ст. в некоторых регионах (Малайзия, Индонезия) леса могут полностью исчезнуть.
Одной из основных причин такого истощения лесных ресурсов является высокий спрос на древесину в промышленно развитых странах. В качестве альтернативы необходимо значительно повысить эффективность технологии производства лесоматериалов, в первую очередь бумаги, более широко использовать отходы и вторичные материалы, в целях экономии бумаги выпускать издательскую продукцию в электронном виде. Лесовосстановление обеспечит удовлетворение будущих потребностей в древесине и будет способствовать поглощению углеродистых соединений из атмосферы, замедляя тем самым процесс глобального потепления.
Кроме лесов в тщательной охране нуждаются и другие растительные сообщества, животный мир нашей планеты. Сохранение их биологического разнообразия имеет большое значение для многих видов хозяйственной деятельности, и прежде всего для сельского хозяйства, поскольку дикорастущие растения являются генетическим средством обеспечения устойчивости к болезням, засухе и засолению. Необходимо выделить также такую отрасль промышленности, как производство медицинских препаратов на растительной основе, что позволяет удовлетворять основные потребности в медицинской помощи более 3 млрд человек. Однако по мере того как растет осведомленность научных и коммерческих кругов о ценности растительных медицинских препаратов, увеличивается и угроза самим этим растениям. Согласно последним обследованиям, обобщенным специалистами ООН, около четверти миллиона видов растений, то есть каждый восьмой, находятся под угрозой исчезновения. Проблематичным является и выживание приблизительно 25 % всех видов млекопитающих и 11 % видов птиц. Продолжается истощение рыбных промысловых районов Мирового океана: за последние полвека рыбные уловы выросли почти в пять раз, при этом 70 % океанических промыслов подвергаются предельной либо запредельной эксплуатации.
Осознание непредсказуемой ценности биологического разнообразия, его значения для поддержания естественной эволюции и устойчивого функционирования биосферы привело человечество к пониманию угрозы, которую создает сокращение биологического разнообразия, происходящее в результате некоторых видов человеческой деятельности. Разделяя озабоченность мирового сообщества, Конференция ООН по окружающей среде и развитию (1992) среди других важнейших документов приняла Конвенцию о биологическом разнообразии. Основные положения конвенции направлены на рациональное использование природных биологических ресурсов и осуществление действенных мер по их сохранению.
Парниковый эффект
Систематические наблюдения за диоксидам углерода в атмосфере показывают, что оно растёт. Известно, что в атмосфере, подобно стеклу в оранжереи, пропускает лучистую энергию Солнца с поверхности Земли, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создаёт так называемый тепличный (парниковый) эффект.
Глобальное изменение климата тесно связаны с загрязнением атмосферы промышленными отходами и выхлопными газами. Влияние тепловой цивилизации на климат Земли — реальность, последствия которой ощущаются уже сейчас. Глобальное потепление атмосферы связано с повышением содержания в ней углекислого газа из-за вырубки лесов, поглощающих его, и сжиганием такого топлива, как уголь и бензин, при котором происходит выброс этого газа в атмосферу.
Глобальное потепление способствует раннему таяния снега, в результате чего возрастает поглощение почвой солнечной энергии, которая испаряет в ней влагу, соседствуя засухе. Кроме того, тепловые, насыщенные влагой воздушные массы сдвигаются в северном направлении, в результате чего выпадает меньше дождей.
Первые заключения учёных о неизбежности антропогенного изменения климата привлекло внимания правительственных организаций в нашей стране. Ещё в 1961г. коллегия Госкомгидрометслужбы признала возможность потепления и решила организовать систематические исследования влияния хозяйственной деятельности на глобальный климат. Основными источникам CO2 антропогенного происхождения является сжигания ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и др.) — ежегодна более 9 млн. т. условного топлива. Во всём мире в конце 80-х годов выбрасывалось в атмосферу около 8 млрд. т. диоксида углерода, что составило 1т. на каждого жителя планеты. Интересны показатели его выброса по определенным странам.
В последнее десятилетие отмечается постепенное возрастание в атмосфере содержания метана (в среднем около 1% в год), Это связано как с природными факторами (болота), так и с антропогенными причинами (сжигание биомассы, рисовые поля, крупный рогатый скот и пр.) Наибольшее количества метана выделяют крупный рогатый скот (74% от всех видов животных) и овцы, козы (13%); поэтому в ряде зарубежных стран осуществляется работы по снижению интенсивного ведения домашним скатом метана с помощью применения ингибиторов. Значительное количество метана поставляет горное производство: ежегодно на угольных месторождениях мира в шахтах выбрасывается от 34 до 46*10 в шестых т. метана.
Увеличение содержания в атмосфере оксида азота (примерно 0,3% ежедневно) объясняется в основном возрастанием производства и применения азотных удобрений в сельском хозяйстве. Фреоны (или хлорфторуглероды) широко применяются в промышленном производстве и их выбросы в мире достигают 1,4 мил. т. (при ежегодном росте 4%).
По данным Г.С. Голицина (1990), за период с 1880 по 1980 гг. вклад парниковых газов в глобальное потепление климата составили: диоксида азота-66%, метана-18%, фреонов-8%, оксида азота-3% и остальных газов-5%. Однако, увеличение концентрации перечисленных газов по-разному влияет на величину парникового эффекта, что определяется особенностями, лощен самой молекулы газа. Так, вычисленное воздействие на 1 молекулу воздуха на парниковый эффект в 25 раз интенсивнее, чем в случае с СО2, в молекуле фреона эффективнее в 11000 раз. Отмеченные обстоятельства играют существенную роль в глобальном потеплении климата, в связи с ростом концентраций метана и фреонов в атмосфере земли.
Отходы производства
Важной экологической проблемой стали отходы промышленного и сельскохозяйственного производств Они наносят большой вред окружающей среде. В настоящее время разрабатываются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему Известно, что даже при самом широком очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10% органических действующих веществ остаются в очищенных сточных водах Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водо водою.
Подсчеты показывают, что на все виды водопользования тратится 2200 км3 воды в год На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира Расчеты на 2000 год показывают, что, если даже очистка охватит не все сточные воды, все равно на их разведение будет нужно 30-35 тыс к км3пресной воды. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию. А во многих районах такие ресурсы уже находятся в остром дефиците
Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в производство совершенно новых, замкнутых, безотходных технологий. При их применении вода не будет сбрасываться, а будет многократно использоваться в замкнутом цикле. Все побочные продукты будут не выбрасываться в виде отходов, а подвергаться глубокой переработке Это создаст условия для получения дополнительной, нужной человеку продукции и убьет окружающую среду.
Сельское хозяйство
В сельскохозяйственном производстве важно строго соблюдать правила агротехники и следить за нормами внесения удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками приводят к существам нарушений экологического равновесия, ведутся поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях.
Ведутся работы по выведению сортов растений, устойчивых к сельскохозяйственным вредителям и болезням; создаются бактериальные вирусные препараты избирательного действия, поражающие, например, только насекомых-вредителей. Ведутся поиски путей и средств биологической борьбы, то есть ведется поиск размножение естественных врагов, уничтожающих вредных насекомых. Разрабатываются препараты из числа гормонов, антигормонов и других веществ, способных действовать на биохимические системы определенных видов насекомых и не делать существенной действия на другие виды или другие организмами.
ТЭС, ГЭС и АЭС.
Энергетика является важнейшей отраслью хозяйства, без которой невозможна деятельность человека вообще. Любое производство требует затрат энергии, поэтому человек издавна озабочен поисками ее источников.
Главным источником энергии на Земле является Солнце. Но солнечную энергию трудно преобразовать в формы, удобные для использования, хотя электростанции (гелиостанции) существуют в некоторых странах с большим количеством солнечных дней в году. Такие станции действуют и в космосе; применяют солнечные батарейки и для работы счетных машин, однако доля использования солнечной энергии в настоящее время мала, и стоит задача расширения использования этой энергии, так как она является неисчерпаемым природным ресурсом.
Солнечная энергия относится к нетрадиционным видам используемой энергии. К нетрадиционным источникам энергии относят также энергию ветра, гейзеров, морских и океанических течений, приливно-отливную и геотермальную энергии. Эти виды энергии человечеству еще предстоит освоить, тем более что они являются неисчерпаемыми энергетическими ресурсами.
Человечество в своей деятельности использует тепловую и электрическую энергии, полученные или за счет сжигания разных видов топлива (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ), или за счет использования энергии движения воды рек (гидроэлектростанции — ГЭС), или атомной энергии распада ядер атомов тяжелых изотопов (атомные электростанции — АЭС).
Теплоэлектростанции (ТЭС) в качестве топлива применяют природный и попутный газ, продукты переработки нефти (мазут и другое жидкое топливо), каменный и бурый угли, сланцы горючие, торф (твердое топливо).
При сгорании газа выделяется наименьшее количество вредных загрязнителей, поэтому газообразное топливо считается наиболее экологически чистым.
Сгорание жидкого и твердого видов топлива сопровождается образованием вредных газов (диоксида серы и оксидов азота), возможно образование пылевых аэрозолей, получается зола. ТЭС являются вторым после автотранспорта загрязнителем атмосферы. Зола, получающаяся после сжигания жидкого и особенно твердого топлива, является многотоннажным отходом энергетики и требует обязательной утилизации.
АЭС с точки зрения загрязнения атмосферы являются более экологичными, чем ТЭС, но из-за возможности радиационного заражения среды — самый опасный в экологическом отношении вид производства.
Очень остро стоит вопрос с обезвреживанием отходов атомного топлива и эта проблема в настоящее время практически не решена, так как захоронение радиоактивных отходов в могильниках не является экологически грамотным способом их утилизации и обезвреживания отходов, поскольку их действие не уничтожается, а при нарушении могильника возможно заражение природной среды.
ГЭС практически не загрязняют среду обитания различными вредными отходами, но при их строительстве происходит сильное разрушение природных биогеоценозов, затопление больших территорий, изменение микроклимата региона, создаются препятствия для осуществления жизнедеятельности многих организмов (например, рыбы не могут достичь мест своего нереста, звери лишаются привычных мест обитания и т. д.). Экономические и социальные затраты на строительство ГЭС далеко не всегда оказываются оправданы.
Значительным экологическим загрязнением является поток электромагнитных излучений, возникающих при передаче электроэнергии на большие расстояния высоковольтными линиями электропередач. Эти излучения оказывают большое отрицательное влияние и на человека, и на животных.
Нормальное функционирование ТЭС, АЭС, ГЭС связано с использованием транспортных средств, поэтому природная среда загрязняется и за счет работы этих средств. Велико тепловое загрязнение различными предприятиями энергетики. Вносят свой вклад эти предприятия и в шумовые, и в вибрационные загрязнения.
Краткое рассмотрение влияния энергетики на окружающую природную среду показывает, что и для этой отрасли важна природоохранная деятельность.
Целый ряд процессов, применяемых в энергетике, на современном этапе не может быть рационально реализован с точки зрения правильных экологических решений. Так, строительство ГЭС всегда будет сопровождаться отторжением территорий, их затоплением, гибелью биогеоценозов. Но при этом есть возможность четкого учета всех мероприятий по более тщательной подготовке затопляемых территорий и оптимальному использованию ресурсов этих территорий.
Как и в других отраслях промышленности, важным является комплексное использование сырья и отходов. Так, твердые отходы (золы) ТЭС находят применение в строительстве и сельском хозяйстве. Важна задача полного улавливания отходящих газов ТЭС с целью утилизации оксидов азота и серы для получения из них соединений серы и азота для дальнейшего их применения в других отраслях хозяйства.
Важнейшими природоохранными действиями в области энергетики является освоение других видов энергии, являющихся нетрадиционными и более безопасными с экологической точки зрения. Ярким примером такого освоения источников энергии является энергетика Исландии, основанная на применении тепловой энергии горячей воды гейзеров. Перспективным является способ добычи тепловой энергии за счет бурения скважин и вывода на поверхность горячих вод с больших глубин Земли. Но в настоящее время это экономически недостижимо из-за сложностей технических решений.
На заре цивилизации широко использовалась энергия ветра, но в связи с развитием энергетики за счет сжигания топлива эта отрасль утратила свое значение, но теперь ее возрождают вновь из-за усложнения экологической обстановки на Планете.
К сожалению, не покат решения проблемы уменьшения загрязнений среды электромагнитными излучениями — увеличение расстояния нахождения человека от линий электропередач не снижает отрицательного воздействия ЛЭП. Необходимо искать пути переноса электроэнергии другими способами либо обеспечивать энергией тот или иной объект локализованными методами.
Важным (опосредованным) природоохранным мероприятием является оптимизация расхода электрической и тепловой энергии. Человек часто «греет улицу». Необходимо совершенствовать теплоизоляцию, что приведет к экономии энергии, а вместе с этим уменьшит необходимость выработки энергии, что в свою очередь будет способствовать улучшению экологической ситуации.
Экологическая экспертиза и экологический аудит, цель, задачи, принципы, порядок и сроки проведения.
Экспертиза — это исследование специалистом (экспертом) каких-либо вопросов, решение которых требует специальных познаний в области науки, техники или искусства. Экспертные оценки представляют собой количественные оценки процессов или явлений, не поддающихся непосредственному измерению, а поэтому основываются на суждениях специалистов.
Экологическая экспертиза — это установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экологических и других последствий реализации объекта этой экспертизы. Экологическая экспертиза проводится на строительство новых, реконструкцию действующих заводов, фабрик, шахт, рудников, машин, оборудования, а также материалов, приборов, оказание услуг и т.п., использование которых ведет к загрязнению окружающей среды и разрушению экосистем, нерациональному использованию природных ресурсов, наносит вред здоровью населения, растительному и животному миру.
Требования к качеству и обоснованности проведения экологических экспертиз постоянно повышаются наряду с ускорением научно-технического прогресса, внедрением в производство новейшей техники и технологии. В связи с этим периодически пересматриваются законодательные и нормативные материалы.
Федеральный закон «Об экологической экспертизе» от 23 ноября 1995 г. №174-ФЗ. регулирует отношения в области экологической экспертизы. Он направлен на реализацию конституционного права граждан Российской Федерации на благоприятную окружающую среду посредством предупреждения негативных воздействий хозяйственной и иной деятельности на эту среду и предусматривает реализацию конституционного права субъектов Российской Федерации на совместное ведение вопросов охраны окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Наряду с этим законом действует постановление Правительства Российской Федерации от 11 июня 1996 г. № 698 «Об утверждении Положения о порядке проведения государственной экологической экспертизы».
Экологическая экспертиза основывается на принципах:
* презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и другой деятельности;
* обязательности проведения государственной экологической экспертизы до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы;
* комплексности оценки воздействия на окружающую природную среду хозяйственной и другой деятельности и его последствий;
* обязательности учета требований экологической безопасности и при проведении экологической экспертизы;
* достоверности и полноты информации, представляемой на экологическую экспертизу;
* независимости экспертов при осуществлении полномочий в области экологической экспертизы;
* научной обоснованности, объективности и законности заключений экологической экспертизы;
* гласности, участия общественных организаций (объединений), учета общественного мнения;
* ответственности участников экологической экспертизы и заинтересованных лиц за организацию, проведение, качество экологической экспертизы.
Закон Российской Федерации «Об экологической экспертизе» [4] определяет экологическую экспертизу (ЭЭ) как «установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы». При этом в российском законодательстве существует и правовое определение более частного понятия — «государственная экологическая экспертиза» (ГЭЭ). Оно содержится в ст. 35 и 36 Закона «Об охране окружающей природной среды»: «Государственная экологическая экспертиза является обязательной мерой охраны окружающей природной среды, которая проводится с целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности экологической безопасности общества, предшествующей принятию хозяйственного решения, осуществление которого может оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду». Комментарий к данному закону определяет экологическую экспертизу как «организационно-правовую форму предупредительного контроля и самостоятельный вид управленческой деятельности». А эколого-правовой словарь, прилагаемый к Комментарию, добавляет к определению «предварительную проверку соответствия хозяйственных проектов, предпроектной документации, программ, изделий, материалов, сырья, продукции, стандартов и иных веществ, решений требованиям экологической безопасности и охраны окружающей среды (ОС)». В сопоставлении с западной терминологией предлагается рассматривать ГЭЭ, как стадию экологической оценки.
Цели экологической экспертизы заключаются (по закону) в предупреждении возможных неблагоприятных воздействий хозяйственной и иной деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы; а также в обеспечении реализации конституционных прав граждан России на информацию, благоприятную природную среду и экологическую безопасность.
Зарубежное (международное) природоохранное законодательство рассматривает цель экологической экспертизы несколько шире. Например, в соответствии с Директивой ЕЭС № 337/85 — ЭЭ считается «воплощением предупредительной экологической политики», подразумевающей оценку экологического воздействия проектов хозяйственного развития на окружающую среду, активное участие общественности на всех стадиях проведения экологической экспертизы и принятия решения об окончательной реализации этих проектов, широкое информирование о результатах ЭЭ, проведение консультаций между заинтересованными ведомствами и другими юридическими лицами, а также публикацию конечных результатов переговоров и консультаций.
При этом ОВОС, в отличие от ГЭЭ, проверяющей соответствие уже подготовленного решения экологическим требованиям, нацелена, прежде всего, на выявление недостатков проекта и принятие необходимых мер по его улучшению с точки зрения экологических показателей.
Цель общественной ЭЭ в явном виде до сих пор не определена, но, по-видимому, именно она является прямым проявлением права граждан на достоверную экологическую информацию.

Сложности определения экологии связь экологии с естественным