§63. Биоразнообразие — основа устойчивости сообществ

Определения и обозначения

Биоразнообразие — разнообразие живых организмов на генетическом, видовом и экосистемном уровнях. Генетический уровень показывает различия внутри вида, видовой — разнообразие видов, экосистемный — разнообразие природных сообществ и условий их существования. Когда изучают отдельное сообщество, обычно оценивают его видовой состав и представленность видов.

Видовое богатство — число видов, входящих в сообщество. Например, сообщество из десяти видов имеет большее видовое богатство, чем сообщество из пяти. Но само число не показывает, сколько особей приходится на каждый вид: один вид может быть многочисленным, а остальные — редкими.

Видовая выравненность — степень равномерности распределения численности особей между видами сообщества. Если численность видов близка, выравненность высокая; если почти все особи относятся к одному виду, она низкая. Этот показатель нужен, чтобы понять, насколько разнообразие определяется всеми видами, а не только перечнем встреченных.

Устойчивость сообщества — способность сохранять структуру и функционирование при воздействии среды и восстанавливаться после нарушений. Структура включает состав организмов и связи между ними, а функционирование — например, пищевые отношения и обмен веществ. Поэтому устойчивое сообщество не обязано оставаться неизменным: оно может меняться, но сохранять основные функции или возвращать их после нарушения.

Как это устроено

Чтобы оценить разнообразие сообщества, недостаточно пересчитать обнаруженные виды: нужно учесть и распределение особей между ними. Представим два сообщества по десять видов. Если в первом виды представлены примерно одинаково, а во втором один вид составляет почти все особи, видовое богатство одинаково, но выравненность и видовое разнообразие различаются. В последнем случае состояние сообщества сильнее зависит от одного доминирующего вида.

Каждый вид включён в экологические связи и выполняет определённые функции. Растения создают органическое вещество, потребители передают его по пищевым цепям, а разрушители возвращают вещества в среду. Если состав видов разнообразен, круговорот веществ и потоки энергии могут поддерживаться разными участниками, а пищевые связи образуют несколько путей передачи вещества. Поэтому изменение численности одного организма не всегда прекращает работу всей системы.

Функциональная избыточность означает, что несколько видов способны выполнять сходные экологические функции. Если после засухи один вид растений становится редким, другие растения могут продолжить использовать часть тех же ресурсов или поддерживать сходную роль в сообществе. Тогда последствия сокращения первого вида оказываются менее резкими. Однако такая компенсация бывает частичной: виды могут различаться по требованиям к почве, влаге или срокам роста.

Многообразие видов часто помогает сообществу выдерживать изменения среды, потому что организмы реагируют на один фактор неодинаково. При засухе одни виды могут сокращаться, а другие — сохраняться благодаря иным потребностям или особенностям жизненного цикла. Если сохранившиеся виды продолжают выполнять необходимые функции, продуктивность и связи сообщества меняются слабее. Чем разнообразнее реакции видов, тем выше вероятность, что часть функций сохранится, хотя заранее это нельзя определить только по числу видов.

Связь между биоразнообразием и устойчивостью не является безусловной. Результат зависит от того, какие именно виды входят в сообщество, как они связаны и насколько сильным или длительным оказывается воздействие. Много видов с одинаковой чувствительностью могут одновременно пострадать от одного фактора, а исчезновение ключевого участника способно нарушить важные связи. Поэтому биоразнообразие повышает возможности сообщества справляться с изменениями, но не гарантирует защиту от любых нарушений.

Компоненты биоразнообразия и их значение для сообщества

Сначала сравните число видов и равномерность их представленности: эти характеристики отвечают на разные вопросы. Затем оцените экологические роли и возможные связи между видами, чтобы понять, какие функции могут сохраниться при изменении состава. Последняя строка помогает описать итог, но устойчивость нельзя надёжно предсказать по одному показателю.

Разбор задач

В двух сообществах обнаружено по 10 видов. В первом численность особей распределена примерно равномерно, во втором один вид составляет почти все особи. Нужно определить, где выше видовое богатство и видовое разнообразие. Сравним сначала количество видов, а затем равномерность их представленности.

1. В обоих сообществах насчитывается по 10 видов. Следовательно, видовое богатство у них одинаковое. Различие в численности видов этого вывода не меняет.
2. В первом сообществе особи распределены примерно равномерно. Значит, его видовая выравненность выше, чем во втором. Во втором почти все особи принадлежат одному виду.
3. При одинаковом видовом богатстве более высокая выравненность означает более высокое видовое разнообразие. Поэтому нужно назвать отдельно равное богатство и различное разнообразие. Не следует считать сами показатели синонимами.

Ответ: видовое богатство одинаково в обоих сообществах — по 10 видов. Видовое разнообразие выше в первом сообществе, потому что виды представлены там равномернее. Вывод сделан по указанным характеристикам, а не по предположению о том, что редкие виды отсутствуют.

После засухи численность одного вида растений резко снизилась. В сообществе есть другие виды, использующие сходные ресурсы и выполняющие близкие функции. Нужно объяснить, почему последствия сокращения могут быть менее заметными. Для этого проследим, какую роль играет функциональная избыточность.

1. Сокращение растения может уменьшить потребление определённых ресурсов или изменить его роль в связях сообщества. Это потенциально влияет на другие организмы и процессы. Однако размер последствий зависит от того, была ли его функция уникальной.
2. Другие виды с похожими потребностями и функциями могут частично заменить выпавшего участника. Это пример функциональной избыточности. Если эти виды продолжают использовать ресурсы или поддерживать сходные связи, изменение проявится слабее.
3. Полную замену предполагать нельзя. У видов могут различаться требования к условиям, сроки роста и связи с другими организмами. Поэтому нужно говорить о возможном смягчении последствий, а не об их обязательном исчезновении.

Ответ: последствия засухи могут быть менее заметными, потому что некоторые функции сократившегося вида частично выполнят другие виды. Это объясняется функциональной избыточностью. Насколько эффективной окажется компенсация, зависит от условий и особенностей этих видов.

Два сообщества имеют одинаковую исходную продуктивность. В первом мало видов с близкими требованиями к условиям, во втором видов больше и они по-разному реагируют на засуху. Требуется предположить, какое сообщество вероятнее сохранит функционирование, и обосновать прогноз. Сравним разнообразие реакций, а затем учтём границы такого вывода.

1. В первом сообществе виды предъявляют сходные требования к условиям. Поэтому засуха может неблагоприятно повлиять сразу на многих его участников. При этом у сообщества меньше возможностей сохранить функции за счёт видов с иной реакцией.
2. Во втором сообществе видов больше, и их реакция на засуху различается. Часть видов может сократиться, тогда как другие сохранятся и продолжат выполнять некоторые функции. Это повышает вероятность сохранения работы сообщества.
3. Исходная продуктивность сама по себе не определяет результат после засухи. Нужно учитывать экологические связи и то, насколько значимы функции пострадавших видов. Поэтому прогноз вероятностный, а не безусловный.

Ответ: вероятнее, что функционирование сохранит второе сообщество, поскольку виды по-разному реагируют на засуху и некоторые из них могут продолжить выполнять экологические функции. Но результат зависит от состава видов и связей между ними. Разнообразие повышает шансы на устойчивость, но не гарантирует её.

Типичные ошибки

Считать видовое богатство и видовое разнообразие одним и тем же — ошибка. Её допускают, потому что оба понятия описывают состав видов, но богатство учитывает только их число, а разнообразие — также представленность. Проверьте себя: если численность видов сильно различается, одного подсчёта видов для сравнения недостаточно.

Утверждать, что любое увеличение числа видов автоматически повышает устойчивость, неверно. Такое упрощение возникает, когда разнообразие считают единственным условием благополучия сообщества. Учитывайте экологические роли, связи и характер воздействия: виды могут быть уязвимы к одному фактору или не поддерживать важные функции.

Устойчивость не означает, что сообщество никогда не меняется. Ошибку провоцирует бытовое понимание устойчивого как полностью неподвижного и неизменного. Проверьте смысл термина: сообщество может менять состав, но сохранять основные функции или восстанавливаться после нарушения.

Нельзя считать виды со сходными функциями полностью взаимозаменяемыми. Их объединяют по похожей роли, но требования к условиям и реакция на нарушения у них могут отличаться. Чтобы проверить вывод о замещении, спросите, способны ли оставшиеся виды выполнять нужную функцию именно в изменившихся условиях.

Связь с другими темами

Для понимания биоразнообразия нужны понятия вида, популяции и сообщества: они помогают различать уровни организации живой природы. Экологическая ниша, пищевые связи и факторы среды объясняют, почему виды занимают разные роли и неодинаково реагируют на изменения. Эта тема пригодится при изучении экосистем и сукцессий — последовательных изменений сообществ. Она также помогает анализировать охрану природы и возможные последствия исчезновения видов.

Что запомнить

• Биоразнообразие сообщества определяется не только числом видов.
• Равномерность представленности видов влияет на оценку разнообразия.
• Виды сообщества различаются экологическими ролями и требованиями к условиям.
• Функциональная избыточность может смягчать последствия исчезновения отдельных видов.
• Разнообразие видов часто повышает устойчивость сообщества к изменениям среды.
• Высокое биоразнообразие не гарантирует устойчивость при любом воздействии.