Под влиянием ряда факторов географическая популяция может приобретать устойчивые особенности, отчетливо выделяющие ее из соседних, такую популяцию называют географической расой или подвидом (рис.3). Вид белки обыкновенной, например, насчитывает более 20 подвидов.

В природе границы популяций определяются не только особенностями заселяемой территории, но и, главным образом, свойствами самой популяции. В основе всего лежит степень ее генетического и экологического единства. Как показывает Н.П.Наумов, раздробление вида на множество мелких территориальных группировок является процессом приспособления к величайшему разнообразию местных условий. Это увеличивает генетическое многообразие вида, обогащая его генофонд.

Границы популяций легко выделить на островах для растений и сухопутных животных, в пресноводных озерах для туводных и околоводных растений и животных, в случаях существования изолятов, но очень трудно при более или менее диффузном распространении вида. Кроме того, границы популяций пульсируют в зависимости от динамики численности вида и локальной плотности населения. Для многих видов микромаммалий показано освоение молодыми мигрирующими зверьками субоптимальных местообитаний и возникновение на этих территориях поселений, составляющих как бы периферию территории основного поселения, располагающегося в лучших условиях.

Статистические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени.

К статистическим показателям относятся их численность, плотность и показатели структуры.

Численность – это поголовье животных или количество растений, например деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы – ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района.

Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади, например, плотность населения – количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов – это количество особей на единицу объема, на литр или кубометр.

Показатели структуры: половой – соотношение полов, размерный – соотношение количества особей разных размеров, возрастной - соотношение количества особей различного возраста в популяции.

Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность гидробионтов определяют путем отлавливания их сетями (рыбы), для микроскопических (фитопланктон, зоопланктон) применяют специальные мерные емкости.

Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Знание численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность популяции определяется без учета неравномерности распределения особей на площади или в объеме, т.е. получаем среднюю плотность животных, деревьев, людского населения на единицу площади или микроскопических водорослей в единице объема.

4. Эволюция добиологических систем (молекулярная эволюция). Гипотеза Опарина-Холдейна. Этапы эволюции биосферы. Биотический круговорот как основа развития биосферы

Молекулярная эволюция – это наука, изучающая изменения генетических макромолекул (ДНК, РНК, белков) в процессе эволюции, закономерности и механизмы этих изменений, а также реконструирующая эволюционную историю генов и организмов. Молекулярная эволюция включает в себя две области исследований: эволюцию генетических макромолекул и молекулярную филогению. Под изучением эволюции макромолекул принято понимать исследование типов и скоростей изменений, происходящих в генетическом материале (ДНК), а также созданных на его основе белков, и механизмов, ответственных за эти изменения. Вторая область - молекулярная филогения изучает эволюционную историю организмов и макромолекул, получаемую на основе молекулярных данных. Изучение молекулярной эволюции базируется на двух дисциплинах: популяционной генетике и молекулярной биологии. Популяционная генетика дает теоретическую базу для изучения эволюционных процессов, а молекулярная биология предоставляет опытные данные.

В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того, что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.

Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. Возраст Земли составляет более 5 млрд лет. Сначала температура Земли была очень высокой, по мере ее остывания тяжелые вещества оседали к центру и образовывали ядро планеты, а более легкие — ее оболочку. Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои планеты, начали выделяться, и благодаря им образовалась земная атмосфера. В ее состав входили метан (СН4), аммиак (NH3), углекислый газ (С02), водород (Н2), вода (Н20). Когда температура поверхности планеты стала ниже 100 С, из водяных паров атмосферы образовались первичные моря и океаны.

Постоянные ливни и сильнейшие грозовые разряды сотрясали первичную атмосферу планеты. В этих условиях, по мнению А. И. Опарина, под действием мощных электрических разрядов, а также ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал, и, следовательно, не было защитного озонового экрана) и высокой радиации могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя "первичный бульон".

Следующим этапом, по мнению А. И. Опарина, было образование многомолекулярных комплексов — коацерватов. Известно, что в концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватными каплями, или коацерватами. Коацерваты могут расти за счет синтеза новых соединений, происходящего с участием химических веществ, поступающих в них из раствора. Коацерваты — это еще не живые существа. У них проявляются лишь некоторые признаки, характерные для живых организмов, — рост и обмен веществ с окружающей средой.

Пробионты, у которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, можно уже рассматривать как примитивные проклетки, дальнейшее развитие которых происходило по законам эволюции живой материи. Дж. Холдейн также выдвинул гипотезу абиогенного происхождения жизни. Согласно его взглядам, впервые изложенным в 1929 г., первичной была не коацерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самовоспроизводству. Другими словами, А. И. Опарин отдавал первенство белкам, а Дж. Холдейн — нуклеиновым кислотам.

Основные этапы развития биосферы. Можно условно выделить следующие последовательные этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез.

1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.

2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы).

3) Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека).

4) Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений).

5) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально–природной системы (ноосферы). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное использование природы, т.е. рациональное природопользование; б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества.

5. Земельные ресурсы, их роль а биосфере. Проблема опустынивания и истощения почв. Загрязнение почв. Пути сохранения почв и повышения их плодородия

Почвенные ресурсы являются одной из самых необходимых предпосылок обеспечения жизни на Земле. Почва как элемент биосферы призвана обеспечить биохимическую среду для человека, животных и растений. Только почвой могут быть обеспечены полноценные условия для производства продуктов питания, корма для животных. Неотъемлемыми функциями почва как природного тела является накопления атмосферных осадков и регулирование водного баланса, концентрация элементов питания растений, образование и обеспечение чистоты подземных вод.

Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Живые организмы, растения и животные, населяющие Землю, фиксируют солнечную энергию в форме фито - или зоомассы. Продуктивность наземных экосистем зависит от теплового и водного балансов земной поверхности, который определяет многообразие форм обмена энергией и веществом в пределах географической оболочки планеты.

Опустынивание на данный момент является одной из самых значимых глобальных проблем человечества. Под воздействием живых организмов, воды и воздуха на поверхностных слоях литосферы постепенно образуется важнейшая экосистема, тонкая и хрупкая, — почва, которую называют "кожей Земли". Это хранительница плодородия и жизни. Горсть хорошей почвы содержит миллионы микроорганизмов, поддерживающих плодородие. Один из самых глобальных и быстротечных процессов современности — расширение опустынивания, падение и, в самых крайних случаях, полное уничтожение биологического потенциала Земли, что приводит к условиям, аналогичным условиям естественной пустыни. Естественные пустыни и полупустыни занимают более 1/3 земной поверхности. Пустыни — естественные образования, играющие определённую роль в общей экологической сбалансированности ландшафтов планеты. В результате деятельности человека к последней четверти XX в. появилось ещё свыше 9 млн. км2 пустынь, и сего они охватили уже 43% общей площади суши. Около 1/6 населения мира страдает от этого процесса. Ценность почвы определяется не только ее значением для производства продуктов питания и сырья для промышленности, но и той великой биологической ролью которую играет почва в жизни биосферы. Нерациональное использование земельных ресурсов ведет к их деградации.

Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяйстве в 1980-1991 гг. находилось на одном уровне и составляло примерно 150 тыс. т, а в 1992 г. уменьшилось до 100 тыс. т.

Пестициды загрязняют окружающую среду не только при их применении на полях, но и в процессе производства, хранения, перевозки и уничтожения. Они провоцируют рак, наследственные нарушения имунной системы, болезни почек и печени, заболевания нервной системы, расстройства зрения и т.д. В развивающихся странах ежегодно 25 млн. человек отравляются и 20 тыс. умирает в результате воздействия пестицидов.

Настоящим бедствием являются отходы. Общее количество накопленных отходов - около 50 млрд т, ежегодно образуется более 4.5 млрд. т, под складирование занято 250 тыс. га. За год образуется более 50 млн. т токсичных промышленных отходов, всего их накоплено более 1,6 млрд. т. Огромное количество токсичных отходов хранится и захоранивается в совершенно не приспособленных для этого местах. Основной объем отходов размещается на свалках, в отвалах и полигонах.

Радиоактивные отходы суммарной активностью около 4 млрд. Кюри находятся в хранилищах, часть которых - это открытые бассейны, водоемы и приповерхностные захоронения. 60 тыс. га занято отвалами породы и шламом, образовавшимися при добыче и переработке урановых и ториевых руд и имеющими повышенный радиоактивный фон. Часть отходов атомной энергетики хранится на территории АЭС.

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями фтора и другими токсичными веществами. Среднее содержание свинца в почвах пятикилометровой зоны вокруг городов находится в пределах 0.4-80 ПДК

Загрязнение почв нефтью в местах, связанных с ее добычей, переработкой, транспортированием и распределением, превышает фоновое в десятки раз.

Еще одна угроза плодородию земель исходит от чрезмерного использования химикатов в сельском хозяйстве. Химические удобрения и пестициды сыграли в годы второй мировой войны важную роль в повышении урожаев в мире. Но постепенно все чаще стали раздаваться голоса предупреждающие об опасности их столь интенсивного использования.

Химикаты применяются для борьбы с насекомыми, вредителями, сорняками, и, как результат этой борьбы продуктивность действительно растет. Химикаты, содержащиеся в почве, постепенно загрязняют и близлежащие водоемы, и воздух. Становится просто опасно работать на таких полях. Гибнут не только люди, но и рыбы, птицы, насекомые, охотившиеся на вредителей. А с другой стороны, появляются все новые виды насекомых-вредителей, не восприимчивых даже к новейшим химикатам, что снова ведет к потере продуктивности.

Землепользователи обязаны проводить эффективные меры по повышению плодородия почв, осуществлять комплекс организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий по предотвращению ветровой и водной эрозии почв, не допускать засоления, заболачивания, загрязнения земель, зарастания их сорняками, а также других процессов, ухудшающих состояние почв.

Промышленные и строительные предприятия, организации, учреждения обязаны не допускать загрязнения сельскохозяйственных и других земель производственными и другими отходами, а также сточными водами.

В условиях интенсификации производства охрана земной поверхности и ее рациональное использование осуществляются с помощью следующих мероприятий:

- сокращение использования земельного фонда для промышленных целей в процессе проектирования и строительства;

- устранение загрязнения промышленных предприятий расположенных вблизи участков земельного фонда;

- рекультивация нарушенных горными работами земель;

Для восполнения запаса изъятых веществ в почвы вносят минеральные удобрения. Среди них преобладают азотные, фосфорные, калийные удобрение. Воздействие удобрений имеет две стороны: положительную - пополнение запасов питательных веществ в почве - и отрицательную - загрязнение почвы и сопряженных компонентов (воды воздуха).

Литература

1.  Андреев И. Л.Экология для студентов– М.,1988.

2.  Киселев В.Н. Основы экологии.- Минск, 2000.

3.  Реймерс Н.Ф. Экология: теория, законы, правила, принципы и гипотезы. -М.: Россия молодая, 1994. - 367 с.

4.  Фролов И.Т. Введение в экологию. – Ч. 2. – М.Политиздат, 1989