разнообразие и продуктивность

DIVERSITY:
ПОГОВОРИМ
О
РАЗНООБРАЗИИ
ЖИЗНИ
"Биологическое разнообразие" означает все многообразие
живых организмов из всех сред, разнообразие внутри
видов, между видами и экосистемами
(Конвенция ООН о биологическом разнообразии,
Рио-де-Жанейро, 1992)
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
(сообщества,
экосистемы…)
BIODIVERSIT
Y
ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
(виды, рода, семейства…)
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
(гены,генотипы…)
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
(пищевые цепи,
потоки энергии…)
ЦЕННОСТЬ БИОРАЗНООБРАЗИЯ:
• ЭСТЕТИЧЕСКАЯ
• УТИЛИТАРНАЯ (ПИЩА, БИОМАТЕРИАЛЫ, ЛЕКАРСТВА…)
• ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ (ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО СОСТОЯНИЯ
БИОСФЕРЫ КАК МЕСТООБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА)
РАЗНООБРАЗИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
«УСТОЯВШЕЕСЯ»
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ:
ЧЕМ СЛОЖНЕЙ, ТЕМ ЛУЧШЕ
ОБЫЧНЫЕ ПРИМЕРЫ:
КОРАЛЛОВЫЙ РИФ,
ТРОПИЧЕСКИЙ ЛЕС
Коралловые рифы отличаются
чрезвычайным разнообразием
обитающих здесь животных и растений
Фото с сайта www.safmc.net
Дождевые тропические леса считаются наиболее богатыми
среди наземных экосистем (более 200 видов деревьев и до 10
000 видов насекомых на гектар леса!)
УПРОЩЕНИЯ И ПОДМЕНА ПОНЯТИЙ
(В ОСНОВНОМ В СМИ И В МАССОВОМ СОЗНАНИИ,
А НЕ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ):
• ЧИСЛО ВИДОВ = БИОРАЗНООБРАЗИЕ
• РАЗНООБРАЗИЕ = СЛОЖНОСТЬ
• СТАБИЛЬНОСТЬ = УСТОЙЧИВОСТЬ
КОРАЛЛОВЫЕ РИФЫ: МИФ ОБ УСТОЙЧИВОСТИ И ТРАГЕДИЯ
XXI ВЕКА?
Коралловые
полипы (слева)
и их симбионты динофлагелляты
Рост числа коралловых рифов,
пораженных
обесцвечиванием
(карта с сайта seos-project.eu)
«Обесцвечивание» кораллов (англ.
bleaching), потеря цвета, вызванная
тем, что полип отторгает своих
симбионтов
СВЯЗЬ РАЗНООБРАЗИЯ И УСТОЙЧИВОСТИ ЭКОСИСТЕМ:
ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
ИНДЕКС УСТОЙЧИВОСТИ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ОБЩЕМ И ЦЕЛОМ ПОДТВЕРЖДАЮТ:
МАЛОВИДОВЫЕ СООБЩЕСТВА МЕНЕЕ УСТОЙЧИВЫ
(ХОТЯ ВСЕ НЕПРОСТО…)
ЧИСЛО ВИДОВ
Экспериментальные сообщества
макроводорослей (Boyer et al. 2009)
Устойчивость луговых сообществ
к засухе (по: Tilman, Downing 1994)
СТАБИЛЬНОСТЬ КАК ФУНКЦИЯ РАЗНООБРАЗИЯ:
ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
• СТАТИСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
(СУММИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ)
• ЭФФЕКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
(ВЗАИМНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ
И/ИЛИ РЕГУЛЯЦИЯ)
• ЭФФЕКТ СТРАХОВКИ
(РЕЗЕРВНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ)
РАЗНООБРАЗИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
«УСТОЯВШЕЕСЯ» ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: ЧЕМ СЛОЖНЕЙ, ТЕМ ЛУЧШЕ
ТАК ЛИ ЭТО НА САМОМ ДЕЛЕ?
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОТОКА CO2
В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
СТАБИЛЬНОСТЬ ПРОДУКЦИИ
РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ
УСТОЙЧИВОСТЬ И СЛОЖНОСТЬ СИСТЕМ
ПРИМЕРЫ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ:
а) океанская экосистема
Антарктики
б) компьютерная система
университетов США
в) потоки информации в WWW
СЛОЖНОСТЬ СТРУКТУРЫ ТАКИХ СИСТЕМ ЗАВИСИТ ОТ:
– КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ (РАЗНООБРАЗИЯ) S
– ЧИСЛА СВЯЗЕЙ МЕЖДУ НИМИ (СВЯЗНОСТИ) С
– СРЕДНЕЙ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЯЗЕЙ K
РАЗНООБРАЗИЕ S
УСЛОВИЕ СТАБИЛЬНОСТИ (ТЕОРИЯ):
K (SC)½ < 1
ПОРОГ
УСТОЙЧИВОСТИ:
(СS)½ <
СВЯЗНОСТЬ C
C
1/k
95 сообществ с насекомыми
(Schoenly et al. 1991)
S
ЦИВИЛИЗАЦИЯ: ОБЩИЙ ВЗГЛЯД
С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИИ И ТЕОРИИ СИСТЕМ
ПРИМЕР: ПРОЦЕСС ДОБЫВАНИЯ ПИЩИ
РАНЬШЕ:
ТЕПЕРЬ:
США
ГЛОБАЛИЗАЦИЯ
Украина,
Корея…
Ф. Милле. Человек с мотыгой
1860-1862.
Китай
Япония
Сибирь
(бензин)
ВЕКТОРА ГЛОБАЛИЗАЦИИ:
- Усложнение (рост связности)
- Диверсификация (рост структурной сложности)
- Унификация (снижение пространственного разнообразия)
С
В
Я
З
Н
О
С
Т
Ь
СТРУКТУРНОЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
РАЗНООБРАЗИЕ И ПРОДУКТИВНОСТЬ
• СЛОЖНОСТЬ = ЭФФЕКТИВНОСТЬ
(ПОЛНЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕСУРСОВ => ВЫШЕ ПРОДУКТИВНОСТЬ)
НАИВЫСШЕЕ
РАЗНООБРАЗИЕ
Суммарная биомасса
фитопланктона
Связь разнообразия с продуктивностью
как функцияНАБЛЮДАЕТСЯ
видового богатства
ПРИ СРЕДНЕМ
в пресноводных экосистемах
УРОВНЕ ПРОДУКТИВНОСТИ!
Суммарная биомасса растений
как функция видового богатства
Разнообразие
беспозвоночных
в ручьях
(Tonkin et al. 2013)
БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ «ГЛОБАЛЬНЫХ» РАБОТ ПО ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ СВЯЗИ
МЕЖДУ РАЗНООБРАЗИЕМ И ПРОДУКТИВНОСТЬЮ –
ПО НАЗЕМНЫМ ИЛИ ПРЕСНОВОДНЫМ ЭКОСИСТЕМАМ.
А ЧТО В ОКЕАНЕ?
МАКСИМУМЫ РАЗНООБРАЗИЯ ОТНЮДЬ НЕ В САМЫХ БОГАТЫХ
ПИЩЕЙ РАЙОНАХ!
Разнообразие морских животных
(по: Tittensor et al. 2010)
Распределение чистой первичной продукции
(т.е. количества создаваемого органического
вещества) в океане (карта с сайта
www.science.oregonstate.edu/
Разнообразие морских копепод (Rombouts et al. 2009)
ocean.productivity)