Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата

В актуальном масштабе динамика популяционно-видовых систем имеет заметно меньшие характерные времена, чем у многовидовых систем. Разнятся и скорости преобразований, а вот цикличность изменения характеристик часто совпадает, так как она задается общими, внешними по отношению к тем и другим объектам факторами.

Устойчивость фундаментальных свойств системы - общий критерий границы исторического и эволюционного масштабов для популяционно-видовых и многовидовых экосистем. Пока основные свойства сохраняются - это еще исторический масштаб, а если нет - эволюционный. Все различия проистекают из того, что степень целостности экосистем существенно ниже, чем популяционно-видовых, а в пределах своего уровня организации она уменьшается по мере роста положения системы в иерархии.

Как все начиналось на Урале и куда продвигается?

Историческая экология на Урале начала интенсивно развиваться с середины 70-х годов прошлого (ХХ) века, когда в Институте экологии растений и животных УрО РАН возникла группа исторической экологии. Появилась она в составе лаборатории экологических основ изменчивости организмов, которой в те годы руководил академик РАН В. Н. Большаков. Он поддержал группу молодых зоологов, которые взялись за решение почти не тронутой проблемы - реконструкции истории современных экосистем Урала. К этому времени об истории развития природы на Урале было известно многое, но это многое касалось, главным образом, отдаленных геологических эпох. Было уже хорошо известно, когда и где на месте Уральских гор были моря и даже какая температура воды была в этих морях. Известно, когда и как миллионы лет назад возникли Уральские горы. Это были сведения из геологии и палеогеографии палеозоя и мезозоя. О непосредственной предыстории современной природы, которая разворачивалась на протяжении последних десятков или нескольких сотен тысяч лет, было известно совсем немного. Большая часть таких сведений черпалась из общих представлений, полученных на других территориях, главным образом, в Европе или европейской части СССР. Эти сведения касались таких общих характеристик климатической обстановки, как чередование холодных (ледниковых) и теплых (межледниковых) эпох, а также общий характер флоры и фауны. Крупный вклад в понимание истории современной растительности на Урале внес труд академика П. Л. Горчаковского "Основные проблемы исторической фитогеографии Урала" [1969]. Эта замечательная книга была написана на основе талантливого анализа сведений о распространении реликтовых элементов в современной флоре, но время образования этих реликтов нуждалось в палеоботаническом обосновании, а оно в те годы было еще относительно слабым. Были некоторые редкие данные о находках костей мамонтов, шерстистых носорогов и других животных ледниковых эпох, но они не имели строгой привязки к хронологической шкале, которая возможна только на основе абсолютных методов датирования, в частности радиоуглеродного метода.

Реально такие работы стали возможны после того, как на кафедре зоологии УрГУ появилась выпускница аспирантуры Зоологического института АН СССР, ученица патриарха всех современных палеозоологов-териологов России и бывших республик СССР Игоря Михайловича Громова, тогда молодой кандидат наук Анна Георгиевна Малеева. Она научила зоологии многие десятки студентов и многим привила интерес к палеозоологии, в том числе и всем тем, кто развивает это направление сейчас. Среди ее студентов прошлых лет есть доктора и кандидаты наук, а многие методические подходы, предложенные А. Г. Малеевой, легли в основу современных представлений исторической экологии.

Итак, из учеников А. Г. Малеевой и В. Н. Большакова сформировался коллектив сначала группы, а потом лаборатории исторической экологии. При первых же самостоятельных шагах нам стало ясно, что разворачивать широкие работы по добыванию массовых материалов о прошлых этапах развития экосистем Урала без обеспечения надежной хронологической основы не имело особого смысла. Такую основу мог создать только радиоуглеродный метод. В те годы в стране не было рынка коммерческих датировок, а о контактах с зарубежными лабораториями, живя в закрытом для иностранцев Свердловске, мы и не мечтали. Было решено опираться на собственные силы. Жили в такой обстановке, что любые задачи казались по плечу. Создать собственную лабораторию для определения абсолютного возраста органических образцов по содержанию радиоуглерода - задача совсем не простая, это мы понимали, но при определенных условиях и она оказалось выполнимой. За пару лет было закуплено или изготовлено на заказ уникальное оборудование, и установка начала давать первые датировки. В этом сложном деле, как во многих других, мы равнялись на опыт близкого по тематике и научным устремлениям коллектива группы под руководством доктора биологических наук Л. Г. Динесмана, которая работала в Москве, в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова АН СССР. Эта группа возникла и развивалась под непосредственным влиянием "отца" отечественной биогеоценологии академика В. Н. Сукачева. Она успешно работает и в наши дни, но с тех пор произошло множество изменений. Нет не только АН СССР, но и институт в Москве переменил название, а преклонный возраст заставил оставить руководство научными коллективами многих из наших учителей. Износилась, состарилась морально и физически и умерла наша радиоуглеродная установка. Зато открылся широкий путь к международному сотрудничеству. Кто знает, что лучше - получать датировки на своем "самодельном" оборудовании в уральском исполнении или иметь возможности заказывать датировки в ведущих лабораториях мира?

За прошедшие годы многое изменилось, и эти перемены можно оценивать с разных позиций, но никакая работа не остается бесполезной. Очень важно, что в самом начале пути был пройден этап самодельных приборов, многих методических поисков в экспедициях, в том числе по эффективным способам получения массового фактического материала. Все это задало на старте высокую планку методического уровня работ, настроило на глубокое изучение предмета изнутри, знание проблем и тонкостей в деле получения не только радиоуглеродных датировок, развило вкус к внедрению в практику историко-экологических работ разных достижений из смежных областей естественных наук.

Можно было бы многое вспомнить из этапа первичного накопления массового материала с его романтическими прелестями, увлекательными экспедициями, поисками, находками…

Чего стоит, например, шестилетний цикл работ по раскопкам на Южном Урале в связи с исследованиями отложений Игнатиевской пещеры с ее знаменитыми рисунками и культурными слоями эпохи палеолита! В итоге изданы несколько крупных обобщений, монографические сборники и статьи, как вместе с коллегами-археологами, так и самостоятельно.

Пионерские работы на Севере Западной Сибири и Ямале многим дали почувствовать себя первопроходцами, особенно после того, как там были найдены и изучены первые местонахождения ископаемых остатков грызунов, жуков и семян растений из плейстоценовых отложений, - вопреки уговорам коллег о бесперспективности таких поисков.

Большой человеческий и профессиональный опыт получили все участники нескольких международных проектов, которые вел и продолжает вести наш коллектив. Особенно это важно для студентов, которые в экспедициях работают вместе со сверстниками из других стран. Работы по международным и междисциплинарным проектам не только помогают обзавестись современной исследовательской техникой и открывают короткий путь к публикациям в престижных международных изданиях. Эти контакты позволяют вести обобщения не только на региональном уровне, а и на уровне крупных частей света и континентов.

Итог многолетних работ - многие сотни исследованных местонахождений остатков растений и животных, давших громаду фактов для обобщений. Эти обобщения опубликованы во многих сотнях статей и десятках книг на разных языках. Они докладывались на конференциях, совещаниях, конгрессах во многих городах нашего обширного отечества, в США - в Вашингтоне, Спрингфилде, Чикаго и каком-то маленьком университетском городке в средних штатах (название не помню), куда ездил признанный лидер уральской археозоологии П. А. Косинцев. Большой любитель научного туризма А. Бородин побывал с докладом даже в Акапулько, пропагандировал свои достижения на юге Африканского континента и в научных центрах Европы. Коллеги со всего мира в Берлине и Риме могли обсуждать достижения А. Воробьева и И. Головачева - недавних студентов. Последнего для совместной работы осенью ждут в Амстердаме.

Не менее важно, что сформировался целый клан уральских специалистов в области исторической экологии. Эта команда включает специалистов разных направлений, которые могут, применив арсеналы своих методов, реконструировать многие характеристики прошлых экосистем. Такую команду знатоков, умеющих по фрагментам остатков определять мелких и крупных зверей, птиц, рыб, жуков, а по семенам, пыльце и спорам - растения, жившие тысячи лет назад, собрать очень трудно. Еще труднее организовать их в работающий коллектив. Помогает то, что все они выпускники биофака УрГУ и продолжают ощущать эту связь. Все они прошли путь от студентов, впервые поехавших на раскопки за романтикой, некоторые, выдержав испытание рутинной повседневной работой, узнали радость первых открытий и выросли до зрелых исследователей. Самые упорные и смелые вкусили прелести проникновения в суть научных проблем уже на первых молодежных конференциях. Все они работают с нынешними студентами, и это основной повод не терять оптимизма в трудные моменты.

Как ведутся историко-экологические работы

Законченное историко-экологическое исследование состоит из ряда этапов, но как минимум их должно быть три. На первом этапе выясняется, что представляет собой исследуемый объект, когда он существовал и каково его место в ряду других? На втором этапе ведется реконструкция типа динамики изучаемой системы, с попытками оценить разные параметры этой динамики. Этап третий (если до него доросло исследование) - построение или проверка существующих теоретических конструкций (гипотез, концепций, теорий).

Этап первый - реконструкция отдельных состояний изучаемых систем. В курсе лекций этому разделу уделяется много внимания. Нужно, чтобы студенты ясно представляли все разнообразие источников историко-экологической информации и специфику работы с каждым их них. Круг таких источников очень широк - это и археологические памятники, и зоогенные скопления костей животных в пещерах, и прослои со скоплением органических остатков в аллювиальных отложениях, где можно найти и раковины моллюсков, и хитин жуков, и остатки семян растений; масса богатых находок ждет исследователя в донных отложениях озер. Классическим объектом палеоботанических реконструкций для голоцена служат отложения торфа. Умелая работа с древними текстами рукописных и печатных книг, разного рода документами (от податных книг до священных текстов) тоже может принести грамотному исследователю богатые сведения о состоянии экосистем прошлого. Даже старые фотографии и рисунки иногда служат отправным документом, например, для реконструкции динамики таких важных характеристик живой природы, как изменение положения верхней границы леса в горах, краевых образований ледников. Сейчас даже космические снимки, сделанные в разные десятилетия, можно отнести к арсеналу исторической экологии, так как они дают возможность ретроспективного взгляда на множество характеристик живого покрова нашей планеты.

Когда исследователь находит местонахождение с остатками древней жизни, например, пещеру, в рыхлых отложениях которой накопились кости животных, из которых можно извлечь пыльцу или макроскопические остатки растений, начинается полевой этап исследования. Раскопки ведут примерно так же, как это делают археологи, раскапывая древние поселения или могильники. Главное на этом этапе - зафиксировать все детали для выделения и характеристики отдельных слоев и прослоек, чтобы в подробностях разобраться, какие из них накопились раньше, а какие позже и какие факторы обусловили их образование. Процесс раскопок по своей природе двойственный: это одновременно и исследование объекта, и его разрушение. Так что если в ходе раскопок что-то не зафиксировано, то оно будет утрачено навсегда. Здесь много тонкостей и профессиональных хитростей, которыми в курсе лекций и на практических занятиях профессионалы делятся со студентами.

Полученный в ходе раскопок материал должен превратиться в научную коллекцию. Для этого остатки определяют по принадлежности к частям скелета или органов и, как можно точнее, - по таксономической принадлежности. Итог этого этапа - составление списков таксонов с указанием обилия каждого из видов для каждой из не делимых далее порций материала, отражающих определенный этап накопления остатков прежней жизни. Это очень трудоемкое дело. Ведь чем более тонкие пространственно-временные различия предстоит оценить, тем больше материалов должна содержать каждая выборка. Иногда приходится идти на громадные трудозатраты, но зато появляется твердая уверенность, что в списках оказались даже самые редкие виды, которые обитали на исследуемой территории в изучаемом отрезке времени, а доли остатков видов получают устойчивые оценки. Например, для каждого из 11 позднеледниковых горизонтов пещеры Расик было извлечено и определено от 1,5 до 9 тыс. только коренных зубов грызунов.

Для того, чтобы разносторонне интерпретировать полученные материалы, нужно разобраться в большом комплексе вопросов. Здесь можно их только обозначить. Когда и за какое время накапливался каждый слой? Были ли перерывы в образовании слоев и, если да, то какие? В какой степени в сборах идет осреднение годичных флуктуаций состава и структуры сообществ? С какой территории происходило накопление остатков в данном месте? Каков механизм этого накопления и каковы факторы избирательности такого накопления? И так далее… Ответы на эти вопросы должны дать в руки исследователя материалы, необходимые для запуска процедуры реконструкции отдельных элементов прошлых локальных экосистем.

В процессе сбора материала постоянно убеждаешься в той простой истине, что "нет в мире совершенства", так как в одном месте (разрезе) невозможно найти весь необходимый комплекс материалов для полноценных реконструкций. Приходится изобретать способы соединения разрозненных материалов. Нами используются понятия локальной, региональной и зональной фауны и флоры для реконструкции локальных, региональных и зональных типов экосистем. В основе методологии таких реконструкций лежит сочетание принципов актуализма и историзма, примиряет которые принцип развития. Для древних экосистем, для которых существуют прямые аналоги среди современных, в процедуре реконструкции нет принципиальных сложностей, скорее, это дело техники и упорства. Когда же приходится иметь дело с временами, хотя и не столь отдаленными от современности, но относящимися к другой климатической эпохе, то возникают сложности принципиальные. Около 10 тыс. лет назад прошел климатический рубеж, разделивший современный (послеледниковый) период и последнюю ледниковую эпоху. По ту сторону этого рубежа длительное время не существовало знакомых нам зональных экосистем: тундр, лесов, степей. А что же было? Сейчас уже относительно неплохо известно, какие животные и растения где жили. Коротко разберем такое сообщество на примере экосистем Среднего Урала в так называемую эпоху позднего валдая (20 -14 тыс. лет назад). Знаковым видом животных этой эпохи был мамонт. Все другие животные образуют несколько групп. Это, например, крупные травоядные, которые вымерли одновременно с мамонтом (шерстистый носорог, первобытный бизон, гигантский олень, уральская лошадь), и крупные, тоже вымершие к настоящему времени хищники и падальщики (пещерный лев, пещерная гиена, пещерный медведь). Однако там же обитали и виды, которые живут на Земле в наши дни, хотя и не на этой территории, сейчас занятой лесной зоной. Речь идет об антилопе-сайге, сусликах, сурках и тушканчиках со степными пеструшками и пищухами, которые сейчас живут в степях и пустынях. Но здесь же жили и предки современных тундровых леммингов, овцебыков и северных оленей. Под стать такому вселенскому смешению животных была и растительность. Эти сообщества называют и трактуют их природу по-разному. В отечественной литературе самое распространенное их название - тундро-степные, смешанные, в американской - безаналоговые, или дисгармоничные сообщества. Различны здесь не только названия, но и концепции, на которых основаны трактовки самого феномена. На Урале развивается своеобразная концепция, основанная на представлении об особом, но зональном типе природы в ледниковые эпохи со своеобразным распределением тепла и влаги по сезонам, при значительной роли отсутствующего сейчас фактора покровных ледников на Европейской равнине. Мы называем ее концепцией гиперборейной зоны. Суть ее сводится к признанию качественного своеобразия состава и структуры экосистем, которые невозможно свести к гибриду между современными степями и тундрами [Смирнов, 2001]. Ее разработка неразрывно связана с внедрением самых современных методов исследований. Один из примеров. С появлением новейших вариантов радиоуглеродного метода (акселераторной масс-спектрометрии - AMS) появилась возможность абсолютных датировок, дающих ошибку всего в несколько десятков лет при возрасте образца около 15 тыс. лет. Особенно важно, что такие датировки можно получать, используя совсем малое количество исходного материала. Нам удалось принять участие в коллективном проекте с американскими коллегами - палеонтологами и специалистами ведущего ядерного центра США (Ливерморской лаборатории), в результате которого впервые был однозначно разрешен один из важнейших аспектов проблемы природы "смешанных" фаун. С применением AMS-технологии были продатированы единичные челюсти разных видов мелких грызунов, современные потомки одних из которых живут в степях, а - другие в тундрах. Возраст остатков совпал настолько, что отпали всякие сомнения в том, что зверьки, которым принадлежали эти челюсти, жили на одной территории одновременно. В результате было отвергнуто предположение о том, что одновременное обитание на одной территории кардинально разных в экологическом отношении животных - лишь иллюзия, возникающая в результате очень быстрой смены природных условий от тундровых до степных.

Только с использованием массовых радиоуглеродных датировок решается на современном уровне и проблема времени вымирания отдельных видов. Не так давно считалось, что в средних широтах мамонты вместе со многими другими животными, вроде пещерных медведей, шерстистых носорогов и овцебыков, вымерли около 10 тыс. лет назад. Однако недавно российские исследователи установили, что этот процесс был сильно растянут во времени, причем происходил далеко не одновременно на разных территориях. Самый впечатляющий феномен связан именно с мамонтами. Выяснилось, что совсем недавно, всего около 4 тыс. лет назад, когда в Древнем Египте на папирусе грамотные люди уже выводили первые записи, на острове Врангеля все еще бродили стада мамонтов. Если посмотреть на проблему вымирания на рубеже ледниковой и послеледниковой эпох в более общем виде, то ее можно сформулировать как проблему типологии реакций живых систем на очень резкий климатический скачок на рубеже плейстоцена и голоцена. В ней есть очень существенная часть, "подведомственная" исторической экологии, целый букет сложных вопросов, который заслуживает подробного рассмотрения в отдельной статье.

Этап второй - описание разных параметров динамики систем. На этом этапе внимание сосредоточено на описании таких параметров динамики популяций и экосистем, как протяженность, направление, скорость, средовая или внутренняя обусловленность изменений. Начнем со средовой обусловленности. Всех волнует проблема глобального потепления климата. Экологии принадлежит тот ее аспект, который касается не собственно реконструкции или предсказания этих изменений (это удел климатологии), а реакции экосистем и видов на это самое потепление. За последние 15-20 тыс. лет, т. е. на памяти человека современного вида, чего только с климатом не происходило! Современное потепление - совсем незначительный эпизод в ряду прошлых катаклизмов. Природа поставила громадное количество экспериментов в этом русле. Из этих экспериментов одни виды вышли, сильно расширив ареалы, другие их сократили, третьи совсем исчезли с лица Земли. Реакции таких сложных образований, как природные экосистемы, еще более неоднозначны. Было бы наивным самообманом сказать, что современная наука могла бы правильно предсказать итог каждого из таких экспериментов. В настоящее время нет единого взгляда даже на типологию реакций видов на климатические сдвиги исторического масштаба. Одни исследователи считают, что такие реакции сугубо индивидуальны для каждого вида растений и животных, другие говорят о групповых реакциях. Наш опыт изучения этой проблемы подсказывает, что ситуация сильно зависит от конкретной обстановки. На современном этапе более продуктивно изучение отдельных параметров динамики.

Последние три года нами выполнялся проект, поддержанный РФФИ и специально посвященный исследованию одного из таких параметров - скорости преобразований экосистем и отдельных видов. Наибольшее внимание было уделено скоростям морфологической эволюции в популяциях животных. В основе интриги находился загадочный феномен зависимости скорости эволюционных изменений от длины временного отрезка, на котором эту скорость оценивали.

Неравномерность скоростей является одним из основных атрибутов органической эволюции, и поиск закономерностей в их распределении - одна из интереснейших областей исследования, которая давно привлекает внимание биологов.

Ряд соображений заставил сосредоточиться на динамике одних и тех же признаков в ряду предков и потомков. Для изучения этих процессов на временных отрезках, длительность которых превышает значения, доступные экспериментальному изучению, чаще всего привлекается палеонтологический материал. Примеры такого рода послужили одним из важнейших оснований выдвижения теории прерывистого равновесия (пунктуализм). Она была предложена в качестве альтернативной по отношению к теории градуалистической эволюции, подразумевающей постепенные преобразования с относительно равномерными скоростями на разных временных отрезках. На первых этапах ее выдвижения дискутировался вопрос о том, какая из моделей - прерывистого равновесия или градуализм - правильнее описывает эволюционный процесс. Далее такая постановка вопроса была заменена другой: какая из моделей чаще соответствует процессам, которые происходят в разных группах живого?

Один из феноменов, давно выявленных, но до сих пор интригующих многих исследователей, состоит в том, что темпы морфологических преобразований связаны с интервалом времени, на котором их оценивали. Эта связь обычно бывает обратной, т.е. на малых временных отрезках отмечаются более высокие скорости, чем на больших. В общем виде объяснение этого феномена приходит к каждому, кто попытается в нем разобраться. Не вызывает особых сомнений, что при оценке эволюционных изменений на большом временном отрезке отсутствие информации о динамике изучаемых характеристик внутри этого отрезка, вероятнее всего, приведет к осреднению скоростей разнонаправленных процессов (в том числе и быстрых), в то время как на малых временных отрезках более вероятно уловить кратковременные флуктуации, расчет скоростей которых по той же методике, что и для скоростей эволюции, дает очень большие величины. Интерес к отмеченному феномену не угасает из-за громадных и еще не исчерпанных возможностей его анализа.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение 6, здоровье реферат.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата