Предмет и задачи биогеографии

Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии    Предмет и задачи биогеографии 1.1. Знакомство с дисциплиной. Биогеография  —  наука   о   закономерностях   географического   распространения   и   размещения живых организмов и их сообществ на Земле.  Сообщества и организмы — объекты не только биогеографии, но и биологии и экологии.  Как географическая наука биогеография исследует в первую очередь:    размещение этих объектов в пространстве; взаимодействие друг с другом и с условиями среды;   важнейшие   закономерности   структуры   и   динамики   растительного   покрова   и   животного населения планеты в целом и ее отдельных регионов. Курс «Биогеография» нацелен на формирование у студентов системы знаний о географическом распределении живых организмов и их сложных отношениях между собой и средой обитания. Задачи курса: 1.Сформировать у студентов систему знаний о географическом распределении живых организмов и их отношениях между собой и средой обитания.  2.Вооружить   студентов   некоторыми   методами   и   приемами   проведения   экологических   и биогеографических исследований. 3.Сформировать у студентов ответственное отношение  к живой природе. Курс   лекций   разработан   в   соответствии   с   учебной   программой   курса   «Биогеография»   и охватывает   изучение   вопросов   флористического,   фаунистического   и   биотического   районирования поверхности суши и Мирового океана. Значительное внимание в данном курсе уделено характеристике основных биомов суши и их обитателей, наземной поясности в распределении организмов и островной жизни.  В курсе лекций также раскрываются  вопросы охраны природы,    освещаются наиболее  острые экологические проблемы.  При решении теоретических проблем и практических задач в биогеографии используется широкий арсенал   географических   методов,   среди   которых   важнейшую   роль   играют  сравнительно­гео­ графический и картографический методы; при этом требуется также глубокое знание биологических свойств   и   экологии  растительных   и   животных  организмов,  умение   широко   использовать   данные   о специфике взаимодействий организмов и сообществ друг с другом и со средой. Очень   многое   в   распространении   сообществ   и   организмов   определяется   не   только   их биологическими   особенностями   и   комплексом   современных   природных   условий,   но   и   историей развития   планеты   в   целом,   а   также   ее   отдельных   регионов.   Былое   распространение   животных   и растений, природные условия, существовавшие в различные геологические эпохи, — предмет таких наук, как палеонтология, историческая геология и палеогеография.  Данные этих наук используются в биогеографии при выявлении особенностей распространения животных и растений. Значение   биогеографии  особенно   возросло   в   последнее   время,   когда   большинство   стран провозгласили на конференциях ООН по окружающей среде и развитию переход к реализации концеп  ­ ции   устойчивого   развития   мирового   сообщества.   Эта   концепция   основывается   на   стратегии экономического развития, обеспечивающей сбалансированное решение социально­экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно­ресурсного потенциала в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений людей.   Биогеографические методы и подходы являются определяющими, например, в осуществлении Всеевропейской   стратегии   биологического   и   ландшафтного   разнообразия,  подписанной   в  1995  г. министрами   охраны   природы   55   европейских   стран.   Главной   задачей   здесь   является   выработка оптимальных методов и приемов производственной деятельности, учитывая природные особенности регионов,   в   целях   уменьшения   антропогенной   нагрузки   на   экосистемы,   поддержания   их   баланса, сохранения экологического (биологического) разнообразия. 4 курс / 8 сем   1Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии    Таким образом, биогеография оказывается одной из тех наук о Земле, данные которых необходимы для разработки стратегии развития мирового сообщества на ближайшую перспективу. 1.2. Основные понятия биогеографии.  Биогеография – наука о географическом распространении и размещении сообществ организмов и их компонентов. Биогеография изучает законы географического распределение живых организмов по земному   шару   и   причины   его   изменения.   Одной   из   центральных   задач   современной   биогеографии является   выделение   флористических   и   фаунистических   регионов,   т.е.   биогеографическое районирование земной поверхности.  Биогеография тесно связана с географическими и биологическими науками и опирается на важнейшие закономерности современной экологии.  Экология  (от греч. oikos – дом, жилище, местопребывание и … логия) – это наука об отношениях растительных  и  животных  организмов  и  образуемых  ими  сообществ  между  собой  и  с  окружающей средой.  Объектами экологии являются   популяции организмов, виды, сообщества, биомы, экосистемы и биосфера в целом.   В настоящее время в связи с глобальным загрязнением   окружающей природной среды   и   усилившимся   воздействием   человека   на   природу   экология   приобретает   особое   значение. Изучением   общих   закономерностей   взаимоотношений   природы   и   общества   занимаются   экология человека и социальная экология.   Различные   регионы   суши   и   акватории   отличаются   по   составу   населяющих   их   организмов,   и подойти к выявлению этих различий можно по­разному, в зависимости от принятых понятий, подходов и методов.  Начальным   этапом   биогеографического   изучения   любого   региона   являются   флористические   и фаунистические исследования. Здесь используется ряд понятий и терминов, в том числе:   флора  (по отношению к растительным организмам) и  фауна  (по отношению к животным) — исторически сложившиеся совокупности видов растений или животных, относящихся к разным родам, отрядам   и   семействам,   обитающих   на   данной   территории.   Флора   и   фауна   того   или   иного   района составляют в совокупности его биоту (Н.А. Бобринский, 1951).  Эти   термины   могут   быть   применены   не   только   ко   всей   совокупности   растений,   грибов, микроорганизмов и животных, но и к крупным подразделениям растительного или животного мира. Соответственно можно говорить о флоре водорослей (альгофлоре), споровых растений, папоротников, грибов   (микофлоре),   о   фауне   млекопитающих   (териофауне),   птиц   (орнитофауне),   насекомых (энтомофауне) и т.д.  Например, флора острова Мадагаскар составляет около 6000 видов сосудистых растений, среди которых 9 эндемичных семейств, не менее 450 эндемичных родов, видовой эндемизм достигает 89 %; для флоры характерно разнообразие пальм, бамбуков, орхидных, отмечается несколько видов баобабов. В фауне Мадагаскара представлены полуобезьяны, насчитывающие 21 вид, из хищных присутствуют только виверры с 7 эндемичными родами, из грызунов — эндемичное подсемейство мадагаскарских хомяков; среди птиц выделяются три эндемичных семейства с 11 видами.  Данные о видовом составе флоры и фауны позволяют анализировать состав и разнообразие более высоких таксонов (на уровне родов, семейств, отрядов, порядков), их происхождение, пространственно­ временные соотношения. 1.3. Разделы биогеографии Историческое   развитие   местных   флор   и   фаун   непосредственно   обусловлено   процессами видообразования, вытеснения одних видов другими, их миграциями и вымиранием. Различия между флорами и фаунами в определяющей степени объясняются геологической историей каждого региона.  Анализ   флор   и   фаун   во   времени   и   пространстве   составляет   предмет  исторической биогеографии,  показывающей,   из   каких   таксономических   групп,   каким   путем,   и   в   какое   время образовались те или иные современные или ископаемые флоры и фауны. 4 курс / 8 сем   2Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии      Биота   меняется   под   влиянием   не   только   изменений   окружающей   среды,   но   и   внутренних, присущих всему живому причин —  филетической эволюции —  изменению генотипа и фенотипа во времени, благодаря чему каждый вид, род, семейство и любой иной таксой существуют на поверхности Земли лишь ограниченное время, превращаясь постепенно в новые виды, роды или семейства.  Одной   из   важнейших   географических   (хорологических)   характеристик,   используемых   при анализе флор и фаун, является ареал — часть земной поверхности или акватории, в пределах которой достаточно   длительное   время   постоянно   встречаются   популяции   определенного   вида   или   другого систематического таксона живых организмов. Другой   путь   анализа   фаун   и   флор   представляет  экологическая   биогеография,  исследующая закономерности   распространения   сообществ,   образуемых   совместно   обитающими   растениями,   жи­ вотными, микробами.  Сообщества (ценозы) отличаются друг от друга как видовым составом и численностью видов, так и особенностями их структуры. Практически в любом ценозе можно выделить растительное сообщество (фитоценоз), животное население (зооценоз), сообщество микроорганизмов. Термин  «сообщество»  многогранен. Это значит, что и лес вообще, и хвойный лес, и еловый зеленомошный лес могут быть определены как сообщества.   При изучении закономерностей распространения сообществ большое значение имеет выявление различий в их структуре и функционировании в разных регионах и эколого­географических условиях. Элементарной   единицей   дифференциации   суши   в   экологической   биогеографии   является биогеоценоз —  однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных (атмосфера,   почва,   подстилающие   породы,   вода)   компонентов,   объединенных   обменом   веществ   и потоком энергии в единую систему.  Границы биогеоценоза устанавливают по растительности, являющейся одним из важнейших и наиболее легко   выделяемых   (физиономических)   компонентов   биогеоценоза.   На   зональном   уровне   часто употребляют термин «биом», выделяемый по физиономическим признакам зональной растительности, представляющий собой совокупность биогеоценозов какой­либо зоны: тундры, тайги, смешанных лесов и т.д. Сходные  биомы  различных   континентов   имеют   различную  биоту.   Например,   условия существования   широколиственных   лесов   европейской   части   России   и   востока   Северной   Америки сходны. Однако при значительной близости облика и структуры сообществ в их состав входят разные виды растений и животных. Пространственная структура сообществ и их внешний облик слагаются под влиянием сходства экологических условий, в то время как флора и фауна (и входящие в их состав таксоны) характеризуются своими закономерностями развития и распространения. В составе  биоты широколиственных лесов Северной Америки сосредоточено значительно большее видовое богатство, что   в   значительной   степени   определяется   условиями,   существовавшими   на   континенте   в   прежние геологические эпохи, и современной ландшафтной структурой территории. В современной биогеографии сформировались основные подходы к изучению живого покрова планеты:  флористико­фаунистический,  экологический,  исторический,  региональный.   Один   из   важнейших   методов,   используемых   для   решения   биогеографических   проблем,   — картографический. Биогеографические карты (растительности, зоогеографические, флористического и фаунистического   районирования   и   т.д.)   —   основной   инструмент   географического   анализа распространения биот и сообществ. Свой вклад в развитие биогеографии внесли исследователи раз­ личных научных школ и направлений: франко­швейцарской, скандинавской, англо­американской и др., среди которых российская школа обладает яркими достижениями и самобытными подходами как в биогеографии в целом, так и в ботанической географии, зоогеографии суши, в биогеографии океана в частности. 4 курс / 8 сем   3Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии    К настоящему времени в биогеографии сложилось несколько самостоятельных разделов, в том  числе такие, как биогеография Мирового океана, пресных вод, ботаническая география и зоогеография  суши, биогеографическое картографирование, биоиндикация, геногеография, география биологических ресурсов и др. 1. 4. Биогеография и экология. Экологические концепции начали привлекать внимание географов с начала 20­х годов XIX  в. Э. Геккель (1866)  в определении  экологии  обратил внимание на отношения, связи живых  организмов между собой и с окружающим их миром. Иначе говоря, объектом изучения в экологии становятся не сами животные, растения, микробы, почвы, вода, воздух, Солнце, а именно связи между ними.  Так понимают экологию и большинство современных экологов, например автор известного курса общей экологии Ю.Одум, согласно которому  «экология — это междисциплинарная область знания, наука о структуре и функционировании сложных природных систем, в которых существуют живые организмы».   В буквальном смысле слова — это наука о жизни организмов «у себя дома», о совокупности и характере   связей   между   организмами   и   окружающей   их   средой.   Очевидно,   что   нет   никаких препятствий,   чтобы   рассматривать   и   самого   человека   как   объект   экологического   изучения:   ведь   и человек,   и   его   «братья   меньшие»   являются   продуктом   эволюции   жизни   на   Земле,   порождением биосферы,   связи,   со   средой   которого   во   многом   не   утратили   своего   исходного   биологического характера. В   экологии   сообществ   широко   используется   термин  «биоценоз»,  введенный   гидробиологом К.Мёбиусом в 1877 г., который определил его как  «Биоценоз­объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды, в котором организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах».  Поэтому   экологию   сообществ   часто   называют  биоценологией.  В   настоящее   время   биоценозы трактуются как сложно организованные биологические системы. Огромную   роль   в   сближении   экологических   и   географических   исследований   сыграло сформулированное   в  1940  г.  В.   Н.   Сукачевым  представление   о   биогеоценозе.  «Хотя   природные биогеоценозы, — писал Сукачев (1967), — представляют собой открытые системы, находящиеся в непрерывном   изменении,   они,   однако,   в   то   же   время   обладают   известной   устойчивостью, способностью в той или иной мере к противодействию нарушениям сложившихся в них взаимосвя­ зей и их восстановлению, т. е. способностью к саморегулировке. Эта относительная стабильность сложившихся биогеоценозов и способность их к саморегулированию есть следствие того, что в число компонентов биогеоценоза входят организмы...». Синтез   биологических   и   географических   подходов   к   исследованию   закономерностей   живого покрова суши нашел отражение и в учении об экосистемах. Понятие «экосистема», введенное в науку А.Тэнсли (1935),  емко и многогранно. Сущность экосистемы — интенсивность обменных процессов, определяемая   соотношением   биотических   и   абиотических   блоков;   в   силу   этого   экосистема   как единство биоты и среды характеризуется многофакторной обусловленностью. Учению об экосистемах предшествовала синэкологическая концепция, для которой характерно взаимопроникновение   географических   и   экологических   идей   в   новом   понимании.   В   частности,   это относится   к   развитию   работ   по   картографированию   растительности   в   глобальном   и   региональном масштабах, что во многом содействовало сближению интересов экологов и географов. Созданная  Г. Брокман­Ерошем   в   1912   г.  схема   распространения   растительности   на   «идеальном»   континенте представляла по существу первый опыт моделирования в географии и позволила продемонстрировать тесные связи растительности с климатом. Учение об экосистемах ознаменовало новый этап развития экологии. Сейчас это наука об экосистемах всех уровней. 4 курс / 8 сем   4Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии    Биогеоценоз   и   экосистема   —   понятия   биоцентричные,   в   центре   внимания   находится анализ взаимодействия живого с абиотическими условиями, раскрытие механизмов функциональной связи биотического компонента с другими. Несколько позже возникло учение о географических системах, сформулированное крупнейшим отечественным   географом  В.Б.Сочавой.   Учение   о   геосистемах   ориентировано   на   исследование экологических условий среды обитания, выявление связей природной среды с человеческим обществом и   изучение   ее   экологических   свойств.   Для   геосистем,   как   и   любых   открытых   систем,   наиболее существенна теснота связей между ее компонентами, среди которых наиболее значимы энергетическое начало (эффективная радиация), вода в свободном или связанном состоянии и биота. Иными словами, геосистема   включает   экосистему,   имеет   более   сложную   организацию   и   обладает   по   сравнению   с экосистемами большей вертикальной мощностью. Биогеографию   и   экологию   не   раз   объявляли «синонимами» друг друга, включали составляющими разделами одну в другую, обе эти науки относили к   биологии   и   т.д.   В   действительности   же   они   обе   самостоятельны,   каждая   обладает   собственной методологией и своим арсеналом средств, объектов и методов исследований, своей историей развития. Но это — науки, тесно взаимодействующие, решающие нередко каждая своим путем одни и те же зада­ чи.   У   данных   наук,   как   и   у   физической   географии   и   биологии,   есть   общие   корни   в   едином неразделенном   естествознании  XVIII  в.   Говоря   о   принадлежности   биогеографии   или   экологии   к биологии,   необходимо   иметь   в   виду,   что   биология   «осознала»   себя   самостоятельной   наукой   в современном   ее   понимании   только   в  XIX  в.   и   даже   само   понятие   «биология»   было   введено  Ж. Б.Ламарком  только в  1802 г. Экология была первоначально «признана» научным сообществом как область ботаники в 1910г. К началу 80­х годов прошлого столетия исследования  естественного природного потенциала планеты привели к однозначному выводу о его ограниченности. В 1971 г. Дж. Форрестер в книге «Ми­ ровая динамика» привел результаты расчетов возможных вариантов развития цивилизации. По одному из   сценариев   выходило,   что   при   сохранении   тенденций   развития,   характерных   для   60­х   годов, численность населения планеты к 2030 — 2050 гг. достигнет 6,5 млрд человек, что вызовет резкое истощение природных ресурсов, загрязнение и другие непоправимые изменения окружающей среды. Вследствие этого за 20 — 30 лет произойдет снижение численности населения Земли до 1,5 — 2 млрд. человек. Вышеназванные проблемы были всесторонне обсуждены на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в  1972 г.,  где впервые сформулирована концепция  экоразвития —  экологически ориентированного  социально­экономического  развития,  при  котором рост  благосостояния  людей   не сопровождается   ухудшением   среды   обитания   и   деградацией   природных   систем.   Она   предполагает коренное   изменение   хода   мирового   развития,   стратегии   использования   и   распределения   ресурсов, глубокие преобразования в экономике и в межгосударственных отношениях. Серьезная   обеспокоенность   мирового   сообщества   состоянием   окружающей   среды   и перспективами   развития   цивилизации   в  условиях   продолжающегося  роста  населения   и техногенной нагрузки на природу планеты привела к созданию на Стокгольмской конференции ООН специальной структуры — Программы ООН по окружающей среде  (ЮНЕП). В задачи ЮНЕП входит разработка рекомендаций по наиболее острым проблемам экологического кризиса (глобальные изменения климата, опустынивание Земли, деградация почв, вырубка лесов, сокращение запасов пресной воды, загрязнение Мирового океана, утрата видов животных и растений). В таком же направлении ведутся работы по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера». Ученые   признают,   что   на   современном   этапе   перехода   мирового   сообщества   к устойчивому   развитию   необходимо   создание   условий,   обеспечивающих   возможность   сопряженного, внутренне сбалансированного функционирования триады: природа—население — хозяйство. В   состав   целевых   параметров   устойчивого   развития   входят   характеристики   состояния окружающей среды, экосистем и охраняемых территорий. В этой группе контролируемых параметров имеются показатели качества атмосферы, вод, территорий, находящихся в естественном и измененном 4 курс / 8 сем   5Биогеография                                                                                Лекция 1                                                                     Ф­т биологии и  химии    состоянии, лесов с учетом их продуктивности и степени сохранности, количества биологических видов, находящихся под угрозой исчезновения. К числу важнейших научных проблем, решение которых возможно лишь в рамках международного сотрудничества ученых, относится определение характеристик экологической устойчивости планеты в целом и основных подсистем биосферы. Методы и подходы биогеографии, а также накопленный этой наукой опыт регионального и глобального анализа экосистем сыграют решающую роль в реализации концепции устойчивого развития всего мирового сообщества. 4 курс / 8 сем   6