» » Стратегия сохранения биосферы

Стратегия сохранения биосферы

Мы стоим перед альтернативой: будет ли ближайшее к нам поколение жить в техногенном мире или будет сохранена биосфера... Человечество находится в очень трудном положении. К сожалению, прогнозы Римского клуба, сделанные еще в начале 60-х годов, оправдываются поразительно точно, особенно прогнозы, связанные с ростом народонаселения. Сейчас мы приблизились к 6 млрд, в течение ближайших 30—40 лет приблизимся к 10—12 млрд, т. е. кривая, показанная Медоусом в начале 60-х годов, достаточно точно отражает рост населения. Но, к сожалению, человеческая психика устроена таким образом, что она не поспевает за изменениями, происходящими на Земле и в биосфере. Ведь на самом деле психика очень консервативна, и взгляды, которые у нас складываются к 20—30 годам, только под очень большими ударами судьбы могут измениться. А так они у нас достаточно стабильны. И это мы видим отчетливо, потому что реформы наступают только при смене поколений. Они не идут, когда длительное время одно и то же поколение стоит у рычагов управления. Стратегия сохранения биосферы, сохранения Земли, должна строиться таким образом, чтобы мы отчетливо представляли себе, что население растет, и этот рост не может быть остановлен, какие бы попытки в рамках человеческой морали мы ни пытались сделать. Неизбежно человечество пройдет через очень большие потрясения. И можно согласится с профессором Ди Кастри, что мы уже живем в век ноосферы, но мы должны сделать все возможное, принять меры, исключающие случайность, чтобы биосфера была восстановлена. Уж если человечеству придется жить в техногенной цивилизации, то нужно сделать все, чтобы оно могло сохранить и развивать эту техногенную цивилизацию, но не потерять биосферу полностью. Наступает период, когда биосфера не сможет вернуться в свое стабильное состояние. Сегодня существует достаточно много грозных признаков, указывающих, что изменения могут стать необратимыми и вся эта живая структура переместится на другой, метастабильный, уровень, мало благоприятный для жизни человечества. Человечество жило и живет в этой колыбели, оно само является клеточкой, тканью этого переплетения биологических процессов, переплетения биоценозов. Не будем говорить о том, как важно сохранить биосферу. Просто привем примеры, показывающие, каким образом, может быть, удастся сохранить биосферу. Сейчас это в большей степени социальная программа, чем научная проблема, и я думаю, что современная наука и здравый смысл достаточно ясно понимают, что надо сделать. Но инерция человеческой психики и особенно человеческого поведения такова, что нам кажется, что мы неизбежно стоим перед стихией, а мы должны найти возможность исключить неблагоприятные последствия этих событий. Поддержание видов в естественных биоценозах — проблема очень трудная, потому что биоценозы разрушаются. И, к сожалению, разрушение среды находится в степенной зависимости от численности населения и в обратной зависимости от уровня национальной культуры в отношении среды. Поэтому шансы сохранить естественные биоценозы почти нереальны. Вот, к примеру, райская страна Монголия. Но ее национальная программа — довести в ближайшие годы население до 10 млн человек, думаю, не будет способствовать сохранению биосферы в этой стране.
Размножение исчезающих видов в неволе — очень сложная вещь. Даже если все зоопарки Соединенных Штатов будут разводить исчезающие виды, они смогут поддерживать не более 300 видов. По одной простой причине: чтобы поддерживать вид в течение 100—150 лет (а это шесть-семь поколений) и исключить его деградацию из-за инбридинга, необходимо иметь около 300 — 500 особей. Это, конечно, нереально. Хотя какое-то количество видов будет сохранено в зоопарке, и при этом надо учесть, что зоопарки выполняют огромную роль по изучению биологии видов и условий их размножения.
Но есть третий вариант (конечно, тоже не самый лучший) — криоконсервация клеток, несущих генетическую информацию, и долговременное сохранение генетической информации. Это тоже непростая проблема, но как раз то, что можно было бы назвать действительно Ноевым ковчегом. У Ноя был ковчег колоссальный: он сумел взять по паре каждого представителя живого. Думаю, что даже если мы сделаем Ноев ковчег, способный вместить генетическую информацию обо всех существующих сегодня на Земле видах, только часть из них мы сможем вернуть к жизни. Ведь чтобы вернуть к жизни вид, генетическая информация о ко-'тором находится в криоконсервированном состоянии, нужно знать биологию и физиологию размножения вида и воспроизвести условия, необходимые для их нормального развития. По прогнозу Римского клуба, стабилизация численности населения произойдет через 150— 200 лет. И тогда, возможно, удастся вернуть природу и воссоздать те биоценозы, которые разрушатся между 2000 и 2050 гг. Для этого нужны колоссальные усилия всех стран, людей, и в первую очередь правительств. Экспертные оценки и работы, проведенные по тропическим лесам и тундре, очень четко показывают, что нужно минимум 30% территории оставить неприкосновенными, полностью исключив из хозяйственного и культурного освоения. Только в этом случае можно что-то сохранить. Самое дешевое, конечно, сохранять виды в естественной обстановке. Это необходимо сделать для мелких видов, насекомых, микроорганизмов, все многообразие которых никакой Ноев ковчег, никакой банк не сможет вместить. Приведм отдельные примеры исчезновения видов. Были огромные стаи странствующего голубя. Последний экземпляр исчез в 1990 г., умер в зоопарке. В исчезновении видов серьезным фактором оказалась мода на перья, из-за которой уничтожены колонии белых цапель в США, в России и во Франции. Человеческая деятельность настолько неуправляема, что мы сейчас столкнулись с тем, что атлантический осетр, добыча которого была огромна в Европе и у нас, практически исчез. За 80—90-е годы в устье Роны не поймали ни одной самки со зрелой икрой. А ведь это продовольственные ресурсы мира. Потеря таких видов даже с самой утилитарной точки зрения абсолютно недопустима. В Южной Америке, Патагонии живут мара — грызуны из семейства свинковых, очень интересные животные, по словам Дж. Даррелла, «похожие на миниатюрных львов с Трафальгар-сквер». Неумеренная охота свела их популяцию к размерам, когда трудно выжить. Другой пример — африканская птица черноклюв, которая в связи с процессом осушения болот и ирригации исчезает очень быстро. По мере исчезновения многих видов исчезает и духовная культура человека. Если у нас не будет той среды, в которой мы жили, то мы перестанем понимать целый ряд произведений искусства. Я говорю о произведениях не только натуралистов. Многое уже будет невозможно представить. Например, ибисы... Более 800 млн лет этот вид жил на Земле. Он пережил ледниковую эпоху, но пережить современную цивилизацию уже не в состоянии. Еще 15 лет назад я собственными глазами видел этот вид на Дальнем Востоке. Сейчас он почти сметен с лица Земли. Популяция красноногих ибисов обнаружена сейчас в Китае, около 30 штук. Непонятно, удастся ли сохранить эту оставшуюся популяцию. Проблема исчезновения касается не только диких животных, но и аборигенных пород домашних животных. Возьмем, например, якутскую корову, которой по крайней мере 600 лет. Она даже зимой не нуждается в укрытии и в поисках корма раскапывает снег полутораметровой глубины. Оставшееся стадо этих животных на грани полного вымирания. Сохранить генетическую информацию — значит иметь полную молекулярную характеристику генома данного вида. Но это уже дело современных молекулярных биологов. Понадобится лет 50 на то, чтобы они смогли это сделать. За это время многие виды исчезнут с лица Земли. Сейчас генетическую информацию можно сохранить, фиксируя геном спиртом или феноксиэтанолом. При этом нарушается специфическая транскрипция, но сохраняется натив-ная структура ДНК. Однако сегодня наиболее реалистична консервация глубоким замораживанием. В свое время, примерно лет 14 назад, вместе с Натальей Николаевной Ротт, сотрудником Института биологии развития АН СССР, и с целым рядом других биологов мы попытались рассмотреть эту проблему. Допустим, мы можем замораживать клетки, несущие генетическую информацию. А сможем ли мы ее реализовать, воскресить животных из этих клеток? Такая схема воскрешения создана. 14 лет назад казалось, что в ней очень много фантастического. Однако обсуждение на симпозиумах показало, что эта схема не противоречит науке. И последующее развитие событий позволило убедиться в этом. Целый ряд этапов, которые казались нереальными, выполнены, в частности трансплантация гонад, в том числе межвидовая. Сегодня удается замораживать гонады, и трансплантация идет, и животное, которому трансплантирована чужая гонада, может давать живое потомство. Это используется сейчас даже в разведении лабораторных животных. В Светлых горах под Москвой лаборатория, занимающаяся лабораторными животными, таким образом поддерживает линии мышей с большими генетическими нарушениями. Схема реализации генетической информации основана, по существу, на достижениях современной биологии развития. Можно получать живых животных, когда используется только генетическая информация, находящаяся в мужских половых клетках. Так получают андрогенетических животных, например лягушек и рыб. Если имеется женская половая клетка, удается получать гиногенетических животных, пока только амфибий и рыб. Для млекопитающих как будто не было принципиальных возражений против использования этой схемы, так как и мужские, и женские половые клетки несут практически полную генетическую информацию. Но реально оказалось, что мужские и женские геномы считываются в потомстве по-разному. Поэтому, чтобы получить живое млекопитающее, нужны и мужская клетка, и женская клетка. Думаю, что наука развивается так быстро, что можно будет научиться управлять транскрипцией. Для рыб и амфибий замороженные
спермин позволяют восстановить особь уже сегодня, для птиц и рептилий это сделать достаточно сложно, а для млекопитающих имеется по крайней мере теоретическая возможность. Н. Н. Ротт получила совершенно нормального андрогенетического аксолотля, несущего только мужскую наследственность. А так как у самцов амфибий существуют и Х-, и Y-хромосомы, то от таких андрогенетических аксолотлей можно получить обоеполую популяцию. Таким способом могут быть восстановлены многие лягушки и другие бесхвостые амфибии. Для млекопитающих идеальный материал для криоконсервации — зиготы и эмбрионы на ранних стадиях. Извлечение яйцеклеток у мыши производится операционным путем. Но сейчас мы разработали метод безоперационный. Зародыши извлекают на стадии двух бластомеров или на более продвинутой стадии и замораживаются в жидком азоте. После оттаивания эмбрионы помещают в среду, культивируют и дальше пересаживают приемной матери операционным путем или с помощью катетера, без операции. В мире подобные опыты сделаны более чем на 50 видах животных. Практически с каждым видом удалось добиться трансплантации и развития в том случае, если есть приемная мать. В качестве модельных видов используются лабораторные животные. Мышата, родившиеся из трансплантированных эмбрионов, совершенно нормальны. Таким образом мы создаем банк лабораторных животных и помещаем туда клетки самых разных видов. Следует подчеркнуть, что даже в случае повреждения отдельных клеток эмбриона при замораживании криоконсервация не наносит вреда родившемуся животному. Репарационные возможности эмбриона настолько велики, что так называемой «жертвы аборта» не существует. Зародыш или погибает, или рождатся нормальное существо. Для пересадки эмбриона одного вида к другому в отдельных случаях приходится создавать химеру. Она состоит из клеток, принадлежащих к разным видам. Подобные опыты проводились на двух линиях мышей. Для этого соединяют два эмбриона, они сращиваются между собой, и такой соединенный эмбрион пересаживают приемной матери. При этом механизмы развития так все координируют, что рождается одно животное, но в нем клетки от двух разных животных. Если это клетки от разнополых животных, рождается гермафродит. Была получена мышиная химера следующим образом: у двухклеточного эмбриона удалялось из одного бластомера собственное ядро и в него вводился кариопласт от двухклеточного эмбриона другой линии. При введении такого реконструированного эмбриона в яйцевод приемной матери родился нормальный химерный мышонок. В процессе получения такой химеры наблюдались очень интересные явления. Оказалось, что для осуществления энуклеации нельзя проникнуть в клетку микропипеткой и вытащить ядро, так как в поверхностной клеточной мембране образуется дырка и клетка погибает. Поэтому ядро приходится вытаскивать вместе с поверхностной мембраной и прилегающей к ядру цитоплазмой. А для того, чтобы ввести в энуклеированный бластомер кариопласт от другой линии, приходится пропускать через эти клетки электрический импульс, которой приводит к их слиянию. В данном случае электрофизиология соединяется с чистой зоологией. Долго не удавалось получить гибрид овцы и козы. Наконец, в 1983 г. в Германии и в 1983 — 1984 гг. в Англии была создана особого рода химера. Использовались эмбрионы овцы и козы. От зародыша, полученного от овцы, которая была и приемной матерью, взяли только трофобласт — ту часть эмбриона, которая питает и соединяет эмбрион с плацентой. А от эмбриона козленка взяли внутреннюю зародышевую массу, т. е. часть эмбриона, несущую генетическую информацию. Приемная мать признала новорожденного своим, но родила она козленка! Между матерью и детенышем поначалу было некоторое недопонимание. Биохимический анализ не обнаружил в козленке никаких следов биологического материала приемной матери. Это был нормальный самец, от которого родилось потомство. Таких опытов было проделано множество в 80-х годах. Получали совершенно невероятных чудовищ, где произвольно смешивались клетки овцы и козы, а в результате получались самые разные варианты. Если наука будет прогрессировать, можно будет восстановить трилобита, который вымер 50 млн лет назад. Дело в том, что геном трилобита частично сохранился в мечехвосте, который сегодня процветает, хотя как вид он существует 250 млн лет. Есть и еще одно животное, которое несет геном мечехвоста — щитень, обитающий у нас в пойме Оки, а также в Северной Африке и во многих других местах. Этому виду по крайней мере 250 млн лет. Прекрасная ситуация складывается с морскими беспозвоночными. Мы пробовали замораживать эмбрионы морских ежей. У них очень легко получать икру и сперму, не губя при этом само животное. Оказалось, что зародыши на поздних стадиях, а также личинки замораживаются прекрасно, а на ранних стадиях очень трудно. Криоконсервированные личинки дают практически 100% выживаемости. После опыта мы возвращаем морских ежей в море. Очень важно, чтобы эта идея не была скомпрометирована убийством животных ради получения от них половых клеток. С растениями ситуация тоже решается. Семена растений не живут 300 млн или 2 тыс. лет, как считалось, исходя из находок в египетских пирамидах. У них довольно ограниченный срок жизни, самое большое — 100 лет. Такого возраста были семена ячменя, найденные в фундаменте Нюрнбергского театра. Однако есть семена, теряющие всхожесть через неделю, через месяц. Еще в конце прошлого столетия, как только получили жидкий воздух, Беккерель замораживал семена и изучал их всхожесть. В Пущине С. Г. Яшина и Э. В. Шабаева из Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР вместе с В. Л. Тихоновой, сотрудником Института охраны природы, проделали гигантскую работу по изучению последствий замораживания в жидком азоте семян дикорастущих видов, в том числе лунника оживающего (Ruthenica rediviva), занесенного в Красную книгу СССР (1984), и рябчика русского (Fritillaria ruthenica) из Красной книги РСФСР (1983). Последствия замораживания изучали по всхожести и по морфометрическому анализу выращенных растений в специально устроенном питомнике. За три года получены великолепные результаты. Практически 70% семян после замораживания при -196° всходят и дают нормальное потомство. Иногда в первом поколении после криоконсервации наблюдается изменение некоторых морфологических признаков. Но проверка на последующих поколениях показала, что уже в двух-трех поколениях эти изменения практически полностью исчезают. Заморозили и проверили на всхожесть около 100 видов, среди которых много прекрасных растений: колокольчики, гвоздики, сон-трава... Подобные опыты удается проделать для представителей хвойных и папоротниковых. Конечно, семена не всех растений удается замораживать. В таком случае замораживают соматические клетки, меристемы, каллусные ткани, пыльцу, из которых в культуре ткани in vitro в дальнейшем восстанавливают растения. Кстати, хотелось бы за метить, что в Европе более 25% дикорастущих цветковых растений исчезло.
Б.Н. Вепримцев

Комментарии к статье:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем




Новое на сайте


Леса юга Сибири и современное изменение климата


По данным информационной системы «Биам» построена ординация зональных категорий растительного покрова юга Сибири на осях теплообеспеченности и континентальности. Оценено изменение климата, произошедшее с конца 1960-х по 2007 г. Показано, что оно может вести к трансформации состава потенциальной лесной растительности в ряде регионов. Обсуждаются прогнозируемые и наблюдаемые варианты долговременных сукцессии в разных секторно-зональных классах подтайги и лесостепи.


Каждая популяция существует в определенном месте, где сочетаются те или иные абиотические и биотические факторы. Если она известна, то существует вероятность найти в данном биотопе именно такую популяцию. Но каждая популяция может быть охарактеризована еще и ее экологической нишей. Экологическая ниша характеризует степень биологической специализации данного вида. Термин "экологическая ниша" был впервые употреблен американцем Д. Гриндель в 1917 г.


Экосистемы являются основными структурными единицами, составляющих биосферу. Поэтому понятие о экосистемы чрезвычайно важно для анализа всего многообразия экологических явлений. Изучение экосистем позволило ответить на вопрос о единстве и целостности живого на нашей планете. Выявления энергетических взаимосвязей, которые происходят в экосистеме, позволяющие оценить ее производительность в целом и отдельных компонентов, что особенно актуально при конструировании искусственных систем.


В 1884 г. французский химик А. Ле Шателье сформулировал принцип (впоследствии он получил имя ученого), согласно которому любые внешние воздействия, выводящие систему из состояния равновесия, вызывают в этой системе процессы, пытаются ослабить внешнее воздействие и вернуть систему в исходное равновесное состояние. Сначала считалось, что принцип Ле Шателье можно применять к простым физических и химических систем. Дальнейшие исследования показали возможность применения принципа Ле Шателье и в таких крупных систем, как популяции, экосистемы, а также к биосфере.


Тундры


Экосистемы тундр размещаются главным образом в Северном полушарии, на Евро-Азиатском и Северо-Американском континентах в районах, граничащих с Северным Ледовитым океаном. Общая площадь, занимаемая экосистемы тундр и лесотундры в мире, равно 7 млн ​​км2 (4,7% площади суши). Средняя суточная температура выше 0 ° С наблюдается в течение 55-118 суток в год. Вегетационный период начинается в июне и заканчивается в сентябре.


Тайгой называют булавочные леса, широкой полосой простираются на Евро-Азиатском и Северо-Американской континентах югу от лесотундры. Экосистемы тайги занимают 13400000 км2, что составляет 10% поверхности суши или 1 / 3 всей лесопокрытой территории Земного шара.
Для экосистем тайги характерна холодная зима, хотя лето достаточно теплое и продолжительное. Сумма активных температур в тайге составляет 1200-2200. Зимние морозы достигают до -30 ° -40 °С.


Экосистемы этого вида распространены на юге от зоны тайги. Они охватывают почти всю Европу, простираются более или менее широкой полосой в Евразии, хорошо выраженные в Китае. Есть леса такого типа и в Америке. Климатические условия в зоне лиственных лесов более мягкие, чем в зоне тайги. Зимний период длится не более 4-6 месяцев, лето теплое. В год выпадает 700-1500 мм осадков. Почвы подзолистые. Листовой опад достигает 2-10 тонн / га в год. Он активно вовлекается в гумификации и минерализации.


Тропические дождевые леса - джунгли - формируются в условиях достаточно влажного и жаркого климата. Сезонность здесь не выражена и времени года распознаются по дождливым и относительно сухим периодами. Среднемесячная температура круглогодично держится на уровне 24 ° - 26 ° С и не опускается ниже плюс восемнадцатого С. Осадков выпадает в пределах 1800-2000 мм в год. Относительная влажность воздуха обычно превышает 90%. Тропические дождевые леса занимают площадь, равную 10 млн. кв. км.