ЭКОЛОГИЯ И БИОРАЗНООБРАЗИЕ
Из доклада академика Е.Ваганова на научной сессии Общего собрания
СО РАН 15 декабря 2002 года.
Два предыдущих докладчика сосредоточились на успехах молекулярной
биологии и генной инженерии как прямых следствиях открытия
Криком, Уотсоном и Улкинсоном двойной спирали ДНК. Успехи в этих
областях физико-химической биологии очевидны и во многом
впечатляющи. Однако, в своем кратком сообщении я постараюсь
показать, что не менее важные успехи были и в других, более
традиционных областях общей биологии.
В сообщении я использовал хронологический подход, но сама
структура сообщения достаточно субъективна, поскольку определена
моим выбором примеров и схемой изложения.
В течение последнего полувека в динамике развития общей биологии
и экологии в частности можно выделить пять десятилетий,
характеризующихся особыми приоритетами и особыми достижениями.
Отмечу, что экология не в меньшей степени испытывала в своем
развитии запросы общества, была и остается частью социальной
политики.
Десятилетие первое: 1960-е и начало 1970-х годов. "Естественные
ресурсы биосферы". Это реализация одного из самых крупных
международных биологических проектов — Международной
биологической программы, девиз которой — получить точное
количественное представление о биологических ресурсах биосферы. В
ее выполнении приняли участие ученые 58 стран. В СССР по ней
работали около 200 научных и учебных учреждений, годовые затраты
достигали 10 млн. рублей.
Впервые были использованы унифицированные методы измерений, для
многих районов земного шара измерения продуктивности, видового
состава, трофических связей и др. проведены впервые, впервые
биологические ресурсы реально измерялись с максимальным набором
характеристик. Впервые разрабатывался общий язык описания
экосистем, впервые проводились крупные международные экспедиции.
Основные достижения: определены потенциальные пределы
естественной продуктивности и других важных для использования
человеком характеристик основных биомов биосферы; разработана
единая система измерений продуктивности экосистем; составлены
схемы связей и взаимодействий в природных и искусственных
экосистемах; даны описания тысяч новых видов растений и животных
и их роли в экосистемах; рекомендации по выделению охраняемых
(заповедных) территорий. В Сибирском отделении была издана
коллективная монография "Биологические ресурсы Сибири", которая
обобщила основные результаты институтов биологического профиля,
работающих в этом направлении.
 |
|
Как пример можно привести карту участков в Сибири, где измерялись
характеристики природных экосистем (ведущая роль принадлежала
Институту почвоведения и агрохимии и Институту леса СО РАН) и
график зависимости фитомассы верхних и нижних ярусов в сосновых и
лиственничных древостоях лесотундры и северной тайги от
среднегодовой температуры — меридиональные закономерности
изменения фитомассы.
Десятилетие второе: 70-80-е годы. "Романтический период
математического моделирования в экологии".
В процессе выполнения и после завершения МБП в руках экологов
оказалось необычно огромная количественная информация, которая
инициировала создание математических моделей биологических систем
разного уровня. Количественные данные по составу и продуктивности
экосистем были дискретными (для малых участков) и статичными (в
большей степени одномоментными). Но хотелось иметь представление
о процессах в природных экосистемах в пространстве и во времени.
Предполагалось, что проблему решит математическое моделирование.
Сибирская школа матбиологов оказалась в числе лидеров благодаря
заслугам Ляпунова, Терскова, Полетаева, Ратнера и других. Идея
была быстро реализована совместными усилиями биологов,
математиков и физиков.
Модели строились на базе полученных экспериментальных данных и
исследованных связях в природных экосистемах.
Каковы главные результаты развития математических методов
моделирования в биологии к этому времени? Модели позволили
выделить и описать ключевые процессы, определяющие динамику
экосистем; процессы, изменяя параметры которых, можно управлять
динамикой экосистем. Они дали возможность ввести количественные
критерии устойчивости и определять диапазон параметров
стабильного и нестабильного поведения экосистем. С использованием
моделей становился возможным аналитический прогноз поведения
экосистем при значительных внешних воздействиях, таких, как
антропогенные, техногенные загрязнения, изменение
гидрологического режима. В это же время в Сибирском отделении
были созданы первые биосферные модели.
Вторая половина 70-х — 80-е годы: Интенсификация работ по
биоразнообразию и по экологическому разнообразию в частности.
"Вкус" к количественному анализу в экологии закрепился
окончательно. Использование меры и числа определило стремление к
количественному анализу и таких традиционно качественных
описаний, как видовой состав экосистем.
Приведу несколько конкретных примеров работ, выполненных в
институтах Сибирского отделения. В Институте систематики и
экологии животных с 1981 года функционирует банк данных по
численности животных. Он содержит более 200 млн показателей по
765 видам позвоночных и 700 беспозвоночных животных. Услугами
банка пользуются сотрудники 33 научно-исследовательских
организаций. С использованием банка данных опубликовано 13
монографий и составлено 11 карт животного населения, в том числе,
животных, включенных в Красную книгу Новосибирской области и
территории Западной Сибири. Сотрудниками института сделан также
пространственный анализ изменений видового состава и численности
позвоночных для Западной Сибири.
Основные достижения: создание строгих количественных методов
оценки видового разнообразия; разработка иерархической системы
оценки биоразнообразия (генетическое, популяционное, межвидовое,
экологическое — экосистемное);опубликование "Красных книг"
редких и исчезающих видов; издание многотомных описаний флоры и
фауны крупных регионов земного шара; начало создания электронных
баз данных (регионального, предметного и других направлений);
разработка принципов регулирования поступления генетически
модифицированных организмов; заключение международной Конвенции
по биоразнообразию в начале 1990-х годов.
80-90-е годы. "Начало космической эры в экологии".
Пространственная неоднородность наземных и водных экосистем при
условности многих границ и временная динамика, изменчивость —
основные трудности перенесения т.н. точечных измерений,
выполненных на отдельных ограниченных участках, на большие
территории. Для того, чтобы учесть пространственно-временную
изменчивость природных и искусственных экосистем, нужны были
новые подходы. И такие подходы дали дистанционные данные, данные
аэро- и космосъемки. С начала 80-х были запущены искусственные
спутники с аппаратурой, ориентированной на получение непрерывной
информации об изменениях в природных системах (спутники NOAA,
Landsat, Ресурс и др.) с разным пространственным разрешением.
Аппаратура измеряла физические характеристики земного покрова
(спектры яркости в разных диапазонах, например), для
автоматизированной интерпретации данных и перевода их в
биологические характеристики требовались новые оригинальные
математические и информационные методы, так что успешно работать
в новом формирующемся направлении — мониторинге экосистем, можно
было только на мультидисциплинарном уровне. Сибирское отделение
такие ресурсы имело и успешно их использовало.
Первые же работы показали большую перспективность использования
спутниковой информации, особенно для огромных территорий Сибири.
Спутниковая информация используется для анализа динамики пожаров.
Из космоса стало возможно наблюдать и за динамикой антропогенного
нарушения лесной растительности. Растет применение спутниковой
информации для инвентаризации лесов, классификации лесной
растительности и т.д.
К достижениям этого периода следует отнести разработку
информационных методов анализа космической информации;
определение зон повышенной продуктивности на суше; мониторинг
землепользования; мониторинг и моделирование оценки потенциальной
урожайности; создание мировой системы мониторинга лесных пожаров
и создание ГИС экосистемного управления лесами.
Конец 90-х — начало нового столетия. Экология движется в
направлении глобальной экологии, и девизом этого времени можно
назвать "глобальные процессы на планете и стабилизирующая роль
биосферы". Основные последствия ускоренного роста численности
населения и тесно коррелирующий с ним рост техногенных выбросов;
увеличение концентрации тепличных газов в атмосфере; рост отходов
производства и жизнедеятельности человека. Наземными и
дистанционными методами отмечается неуклонное уменьшение площади
лесов, особенно в тропической зоне. Увеличение так называемых
технологических земель — процент нетронутых человеком земель на
Земном шаре не превышает 30% площади суши. И, наконец,
нестабильность климата.
Перечисленные проблемы — также в фокусе интересов биологических
институтов Сибирского отделения. Например, с использованием сети
длительных древесно-кольцевых хронологий реконструирована
динамика температуры по северу Евразии, являющаяся хорошим
объектом для верификации глобальных климатических моделей.
Если суммировать выступления предыдущих ораторов, видно, что
основные работы молекулярной биологии, генной инженерии и
биотехнологии направлены, в первую очередь, на удовлетворение
внутренних потребностей общества. Это обеспечение пищевыми
ресурсами, борьба с болезнями и т.д. Хотя материал для
генетических манипуляций черпается из природной среды,
особенности генетических систем отдельных видов и популяций
подсказывают новые способы и объекты для физико-химических
технологий. Но пределы биологического ресурса, который позволяет
нам находиться в зоне стабильности при нашей активности на Земле,
во многом будет определяться работами в области общей биологии и
экологии. Поэтому важно, развивая одно направление (например,
физико-химическую биологию), не забывать о развитии второго,
поскольку только объединенное знание создает нам полную картину
жизни.
стр. 5-6
| 
