Реферат. Экологические кризисы в истории Земли. 2011

Качаем бесплатно:)


Сегодня численность человека приближается к 8 млрд. А сколько было наших предков во времена человека умелого? Можно исходить из сравнения численности человека с численностью других крупных млекопитающих. Известно, например, что на территории Евразии численность лосей составляет 800-900 тыс. особей. Если к ним прибавить численность американских лосей Канады и США, получим цифру порядка 1 млн 200 тыс. особей двух видов. Антилопа-сайга (Saiga tatarica) в благополучные годы (до катастрофического уничтожения ее в конце 1980-х годов) насчитывала до 2 млн особей. Можно предположить, что до развития овцеводства численность сайги достигала 5-10 млн особей. Численность мелкого таежного оленя - кабарги (Moschus moschifer) оценивается в 40-80 тыс. особей.
Сегодня на Борнео, где еще уцелели девственные тропические леса, живут около 2 млн людей и 20 тыс. орангутанов (Pongo pygmaeus). Ясно, что, если бы не воздействие человека (истребление лесов, фактор беспокойства, передача орангам от человека туберкулеза и гепатита В), численность этой крупной человекообразной обезьяны на Борнео могла бы достигать 80-100 тыс. особей. Если учесть былое распространение оранга на Суматре и Малайском полуострове, то его исходную численность (до появления там питекантропов) можно было бы оценить в 300-500 тыс. особей. Однако оранги (равно как и шимпанзе и гориллы) - вегетарианцы, тогда как важную долю рациона наших предков составляла животная пища. Индивидуальный участок охотников и собирателей был существенно больше, чем у вегетарианцев-антропоидов. Все эти соображения позволяют считать, что численность человека умелого (Homo habilis) составляла около 100 тыс.
Человек прямоходящий (Homo erectus) научился поддерживать огонь, что помогло его расселению по умеренным зонам. Археологи оценивают численность синантропа (H. erectus pekinensis) около 300 тыс. лет назад в 1 млн особей. В верхнем палеолите кроманьонцы и близкие к ним формы человека разумного (H. sapiens) были широко расселены по Старому Свету и достигали численности порядка 3 млн особей.
Одомашнивание животных привело к конкурентному вытеснению их диких предков и сородичей из мест коренного обитания. Предок обыкновенной козы – безоаровый козел (Capra aegargus), предок обыкновенной овцы – азиатский муфлон (Ovis gmelini) – оказались оттесненными в высокогорья Передней Азии. Одомашнивание лошади – потомка европейского тарпана – привело к почти повсеместному исчезновению дикого вида, сохранившегося в южнорусских степях до XIX в., но исчезнувшего на большей части своего ареала еще в конце неолита. Вытеснению подверглись и дикие сородичи одомашненных видов. Так, лошадь Пржевальского (Equus przhevalskii) сохранялась до середины XX в. в экологическом пессимуме своего ареала – в Гоби, но много раньше была вытеснена домашними лошадьми и человеком из экологического оптимума – степей Хэнтея, Алтая и Казахстана.
Перейдя от собирательства и охоты к земледелию и животноводству, человечество обеспечило себя продуктами питания и получило возможности роста своей численности от единиц миллионов к десяткам миллионов. Одновременно резко возросла численность сопутствующих человеку домашних животных – миллионные популяции домашних коз и овец, многие десятки тысяч голов крупного рогатого скота, несколько десятков тысяч голов лошадей, ослов и верблюдов сопутствовали неолитическому человеку. С целью расширения земледельческих угодий наши предки сжигали леса, разводили на пожарищах поля. Из-за примитивного земледелия эти поля быстро теряли продуктивность, тогда сжигались новые леса. Сокращение площади лесов вело к снижению уровня рек и грунтовых вод.
Крупнейшим экологическим результатом неолитического скотоводства стало возникновение пустыни Сахара. Как показали исследования экспедиций французских археологов под руководством Анри Лота, еще 10 000 лет назад на территории Сахары была саванна, жили бегемоты, жирафы, африканские слоны, страусы. Человек перевыпасом стад крупного рогатого скота и овец превратил саванну в пустыню. Пересохли реки и озера – исчезли бегемоты, исчезла саванна – не стало жирафов, страусов, большинства видов антилоп. Вслед за исчезновением североафриканских саванн исчез и некогда многочисленный здесь крупный рогатый скот.
Этот процесс опустынивания из-за перевыпаса продолжается и в наши дни. На территории России, например, близ границ Калмыкии и Дагестана в 1952 г. было 25 тыс. га подвижных песков, к 1991 г. их площадь возросла до 1 млн 200 тыс. га.
Менее заметным, но, несомненно, важным результатом перехода к земледелию стало появление вокруг человеческих поселений синантропных животных. На запасах зерна кормились домовые мыши (комплекс видов из группы Mus musculus). От дикоживущих видов домовых мышей в течение 10–12 тыс. лет обособились синантропные виды (восточноевропейский и восточносредиземноморский вид Mus musculus и западноевропейский вид М.domesticus), живущие в домах. По-видимому, позднее, с развитием крупного зернового хозяйства, возникли живущие в полях зерновых курганчиковые мыши (М.hortulanus), строящие свои курганчики из запасов зерна.
Опустынивание обширных территорий в неолите стало причиной второго экологического кризиса. Из него человечество вышло двумя путями:
1) продвижением на север и наступлением на степную зону, лесостепь и леса, где еще кочевали племена охотников и рыболовов. Здесь, в связи с таянием ледников появлялись новые, ранее не освоенные человеком территории;
2) переходом к поливному земледелию в долинах великих южных рек – Нила, Тигра и Евфрата, Инда и Ганга, Янцзы и Хуанхэ. Именно там возникли древнейшие цивилизации.
Экологические последствия деятельности человека в древнейших земледельческих государствах
Поливное земледелие было несомненным прогрессом. Возросла урожайность, увеличились размеры поселений человека (табл. 2). Росло число ирригационных каналов, вокруг которых концентрировались поселения человека.
Рост численности человека сопровождался ростом численности домашних животных. До нас дошел, я бы сказал, «экологический барельеф» времен Египетского древнего царства. Перевыпас способствовал сведению кустарников и лесов вокруг поселений. Выбивание пастбищ вело к возникновению и развитию песчаных пустынь. Ирригация сопровождалась засолением почв и способствовала развитию глинистых и солончаковых пустынь на залежных землях.
Заиливание каналов требовало регулярной чистки. Вынутый ил образовывал высокие валы вдоль каналов. Со временем оказывалось проще построить новый канал, чем чистить старый. Использовались методы дренажа почв. Однако это не спасало от падения продуктивности почв. На месте некогда плодородных заливных угодий и тугаев возникли глинистые и солончаковые пустыни и полупустыни. Этот процесс происходил и в Месопотамии, и в Древнем Египте, и в Древнем Хорезме.
«Серия специальных изысканий, – пишет виднейший английский археолог Месопотамии Сетон Ллойд, – штрих за штрихом восстановила для нас картину неуклонного снижения продуктивности, вызванного отнюдь не какой-либо отдельной катастрофой... а коренными и неистребимыми пороками в господствующей системе обработки земли...» Падение продуктивности почв из-за засоления привело к переходу господства от расположенного на юге Месопотамии Шумера к более северному Вавилону, где продуктивность почв не была еще нарушена. Через тысячу лет засоление и резкое снижение плодородия дошло и до Вавилона. По данным ассириолога Т.Якобсена, в Вавилоне на пшеницу изначально приходилось 16% урожая зерновых. Через 300 лет доля пшеницы упала до 2%, а в письменных источниках, относящихся к периоду между 2000 и 1700 гг. до н.э., пшеница вообще не упоминается. Из злаков уцелел ячмень, менее чувствительный к засолению, но его урожайность упала. Возможно, что эти экологические последствия привели к переходу господства от Вавилона к расположенному севернее и тогда свободному от засоления почв Ассирийскому царству.
Пойменный ландшафт резко трансформировался – вместо пойменных болот с тростником, лотосом, цаплями, ибисами, кабанами и тиграми (в Индии, Китае, Хорезме) возникли глинистые засоленные почвы, такыры, солончаки. Здесь развивалась флора глинистых пустынь и сопутствующая ей фауна.
Опустыниванию способствовало уничтожение кустарников (тамариска, саксаулов) и деревьев (ив, евфратского тополя в пойменных лесах, ливанского кедра в предгорных районах), связанное с перевыпасом и потребностью человека в топливе и строительных материалах. В свою очередь опустынивание способствовало одомашниванию верблюдов (около 3 тыс. лет до н.э.).
Расширение поливного земледелия в предгорных районах привело к развитию террасирования склонов, что преобразило ландшафт. На рисовых полях создались благоприятные условия для развития личинок малярийного комара (Anopheles). Если до поливного земледелия с малярийным комаром соприкасались только охотники и рыболовы во время посещения плавней, то цивилизации Нила, Месопотамии, Мургаба и Амударьи, Инда, Хуанхэ и Янцзы обеспечивали постоянный контакт человека с малярийным комаром и способствовали распространению малярии. По-видимому, в это время начался эффективный отбор мутантных гемоглобинов человека, повышающих в гетерозиготном состоянии (sS, tT) устойчивость к малярии, но ведущих к гибели гомозигот от серповидноклеточной анемии (ss) и талассемии (tt).
Скопление на небольших приречных пространствах больших масс людей и скота привело к резкому загрязнению речных вод. В это время появляется множество гельминтозов и иных паразитарных заболеваний человека. Возникли такие циклы развития паразитов (например, печеночного сосальщика), связанных с человеком и домашним скотом, которые целиком проходили в среде обитания человека. Впервые встала проблема качества питьевой воды. Уже в Месопотамии строятся специальные каналы с акведуками для транспортировки незагрязненной питьевой воды к городам, расположенным на больших реках.
Ирригация вела к смыву почв, заиливанию русел и устьев рек, росту дельт. Расширяющееся производство риса в Китае и Юго-Восточной Азии привело в действие новый антропогенный фактор – увеличение поступления метана в атмосферу. Увеличение поступления метана в теплых районах за счет рисосеяния и углекислого газа за счет сжигания лесов под пастбища на севере впервые привело к появлению парникового эффекта на нашей планете. Проблема, со всей остротой вставшая перед человечеством в последней трети XX в., на самом деле возникла на несколько тысячелетий ранее.
После соединения овцеводства с коневодством возникли культуры скотоводов-номадов. Кочевничество животноводов моложе оседлого образа жизни растениеводов, и расхожее представление о примитивности кочевого образа жизни не выдерживает критики. Для борьбы с перевыпасом и более полного использования ресурсов фитомассы номады издревле использовали отгонное животноводство. Циклические колебания климата на планете особенно остро сказывались на скотоводах. Длительные (в течение нескольких лет) засухи или эпидемии чумы у человека, сибирской язвы или ящура у скота заставляли номадов сниматься с мест.
На смену кочевкам на немногие сотни километров от зимних пастбищ на равнине к летним пастбищам на альпийских горных лугах приходили многотысячекилометровые миграции через континент. Во время таких перемещений кочевники осваивали степные острова в лесной зоне, откуда вытесняли местных охотников. Так, предки венгров-скотоводов освоили самый западный степной остров Евразии в Среднедунайской равнине. Предки якутов – номады, пришедшие из Монголии и Маньчжурии, освоили расположенные среди тайги якутские островные степи, вытеснив оттуда охотников – тунгусов и эвенков. К концу рассматриваемого периода доля охотников и рыболовов в населении планеты снизилась до 10%. Основной экологический пресс на природу стало оказывать сельское хозяйство путем изменения ландшафтов, вытеснения диких видов, а не охотничье хозяйство.
Экологические последствия эпохи Великих географических открытий
Эта тема необычайно обширна. Прошедшие со времени первого плавания Колумба 505 лет неузнаваемо изменили мир. Список вывезенных из Америки и завезенных туда видов культурных растений, домашних животных, синантропных видов огромен.
Интенсивное внедрение новых видов животных и растений, развитие земледелия и животноводства привело к новому наступлению на дикую природу. Численность населения Земли к 1500 г. составила около 350 млн человек, из которых на долю охотников, рыболовов и собирателей приходился 1%. Но в абсолютном исчислении это была немалая цифра – 3,5 млн человек. Последующее освоение США, Канады, Бразилии, Аргентины, Сибири, Австралии привело к существенному разрушению природы этих стран, резкому сокращению численности аборигенов, уничтожению массы видов. Вместе с тем, благодаря новым растительным ресурсам, освоению новых территорий под животноводство, численность человечества могла резко возрасти. Внедрение новых видов растений в культуру сыграло не меньшую роль, чем неолитическая революция и «зеленая революция» второй половины XX в. Экологические и экономические последствия внедрения новых видов растений в культуру огромны, этот процесс, связанный с эпохой Великих географических открытий, можно назвать первой зеленой революцией. Численность крупного рогатого скота стала измеряться сотнями миллионов, а мелкого скота – миллиардами особей. Никогда ни один крупный вид диких млекопитающих не достигал сопоставимой численности. (Сегодня на Земле, по данным ФАО, живет 2 млрд 200 млн голов крупного рогатого скота. Объем выделяемого ими метана существен для глобального потепления, домашние животные, сопутствующие человеку, становятся глобальным экологическим фактором.)
Моряки Колумба привезли в Европу из Вест-Индии сифилис. Испанские конкистадоры завезли в Америку оспу. С испанскими мореплавателями в Америку из Европы была завезена 38-хромосомная черная крыса. Ее же португальцы расселили по Африке и Западной Индии. (Крысы, «бегущие с тонущего корабля», – это именно черные крысы). Мореплаватели Юго-Восточной Азии расселили по островам Океании восточноазиатский 42-хромосомный вид черной крысы. Вместе с товарами человек расселил по свету и не слишком любящую морские путешествия серую крысу, или пасюка. Из Евразии по миру расселились синантропные домовые мыши.
Сейчас, когда человечество наконец начинает осознавать масштабы происходящего ныне экологического кризиса, когда при существующих темпах рубки лесов к 2061 г. на Земле могут полностью исчезнуть сомкнутые леса, когда катастрофически теряется биологическое разнообразие планеты, а вместе с этим теряется устойчивость экосистем, важно оценить уроки былых экологических кризисов в жизни Земли.
Сохранение генофонда планеты
В последние 30 – 40 лет 20 в. внимание общества к проблемам взаимодействия человеческой цивилизации с окружающей средой резко усилилось. Если до 1960 г. слово «экология» знало небольшое количество специалистов-биологов, то после 1960 г. экологическим проблемам уделяется все больше внимания.
Человек издавна оказывал влияние на природу, воздействуя как на отдельные виды растений и животных, так и на сообщества в целом. Но лишь в текущем столетии рост населения, а главным образом качественный скачок в развитии науки и техники привели к тому, что антропогенные воздействия по своему значению для биосферы вышли на один уровень с естественными факторами планетарного масштаба. Преобразование ландшафтов в города и иные поселения человека, в сельскохозяйственные угодья и промышленные комплексы охватило уже более 20% территории суши. Расход кислорода в промышленности и транспорте составляет в масштабе всей биосферы порядка 10% планетарной продукции фотосинтеза; в некоторых странах техногенное потребление кислорода превышает его производство растениями. В наши дни воздействие человека на природные системы становится направляющей силой дальнейшей эволюции экосистем.
Наибольшее значение имеет влияние человека на возобновимые ресурсы (относящиеся к исчерпаемым). К этой группе относятся все формы живого и биокосного вещества: почвы, растительность, животный мир, микроорганизмы и т.д. Совокупность возобновимых ресурсов - не что иное, как глобальная экосистема Земли (или генофонд); она существует на основе фундаментальных закономерностей экологии. Для того чтобы эксплуатация биологических ресурсов была разумной и способствовала действительному прогрессу социальной, культурной и научно-технической жизни человечества, нужно четко представлять себе механизмы влияния различных сторон деятельности человека на природные системы, знать закономерности реакции биологических объектов на антропогенные воздействия и на этой основе переходить к управлению экосистемами с целью поддержания их устойчивости и продуктивности.
Охрана животного мира - дело чрезвычайно сложное и требует усилий и компетенции самых различных специалистов и организаций. Однако основа, на которой базируется вся деятельность по охране животных, это наши знания биологии того или иного вида, мест его обитания, пищи, особенностей размножения, величины смертности и, что особенно важно, численности и причин, на нее влияющих.
Особую тревогу вызывает то обстоятельство, что подчас человек изменяет окружающую среду быстрее, чем ее изучает, а это таит в себе опасность нанесения невосполнимого ущерба и животному, и растительному миру. И это одна из главных причин, вызвавших появление в мире печально знаменитой Красной книги. Красная книга - это сигнал тревоги, действенное средство для привлечения внимания к тому или иному виду, оказавшемуся под угрозой исчезновения. Иногда, к счастью, такая тревога бывает преждевременной, и новые данные, полученные зоологами, позволяют считать данный вид вне опасности. Но может случиться и наоборот, и это куда более опасно. Во многом такие ситуации объясняются тем, что изученность животного мира еще далека от необходимой полноты. Кроме того, она неравномерна. Если большинство позвоночных животных - звери, птицы, рептилии, рыбы - изучены сравнительно полно, то этого никак нельзя сказать о большинстве беспозвоночных животных, особенно таких, как насекомые. Кроме того, остаются виды, и вовсе неизвестные науке, - ежегодно открываются и описываются десятки новых видов, в основном насекомых.
Генная инженерия и создание новых видов живых существ
Одним из разделов молекулярной генетики и молекулярной биологии, который нашел наибольшее практическое приложение, является генная инженерия.
Генная инженерия - это сумма методов, позволяющих переносить гены из одного организма в другой, или - это технология направленного конструирования новых биологических объектов. Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в «фабрики» для масштабного производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств. В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100г кристаллического инсулина требуется 800-1000кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200-250грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается.
Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека. На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний. Технология рекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход «белок-ген», получивший название «обратная генетика». При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Таким способом можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания. Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы, передающие мутантный ген потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах.
С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками.
Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.
Генная инженерия открыла путь для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов, искусственно синтезированных генов, где они могут экспрессироваться (встраиваться) в состав гибридных молекул. Первой удачной попыткой такого рода стала работа К. Итакуры и Г. Бойера с соавторами (1977г.) по экспрессии в Е. coil химически синтезированного гена, кодирующего гормон млекопитающих - соматостатин. Ген соматостатина был получен на основе сведений о первичном строении этого пептидного гормона, состоящего всего из 14 аминокислот. Использованный в этой работе подход оказался весьма перспективным для получения и многих других пептидных гормонов. В различных лабораториях в СССР и за рубежом были созданы штаммы Е. coli, синтезирующие в составе гибридных белков гормон роста человека (соматотропин), пептидные гормоны -- брадикинин и ангиотензин, нейропептид лей-энкефалин и др. Ген гормона роста человека длиной 584 п.н.-- наиболее длинный из искусственно синтезированных в настоящее время. Он был встроен в плазмиду, реплицирующуюся в Е. coli под контролем промотора триптофанового оперона. Трансформированные полученной химерной плазмидой клетки Е. coli продуцировали при индукции промотора около 3 млн. молекул гормона роста человека в расчете на клетку. Этот полипептид, как было установлено в экспериментах на крысах с удаленным гипофизом, по функциям оказался полностью идентичен гормону роста человека.
Программа «Геном человека», - программа общечеловеческая. Каждая лаборатория, в какой бы стране она ни находилась, вносит в нее посильный вклад. И как только кому-то удается раскрыть структуру нового гена, эта информация немедленно поступает в Международный банк данных, доступный каждому исследователю.
Сейчас, даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет. В соответствии с рекомендациями Европейского комитета по генной инженерии (1984г.) все исследования, проводимые по рекомбинации ДНК должны быть в обязательном порядке доведены до сведения экспертной комиссии по генной инженерии тех стран, на территории которых они проводятся.
Это необходимо для того, чтобы любую работу, грозящую опасностью человеку или среде обитания, можно было вовремя остановить или изменить.
Большинство работ, связанных с клонированием человеческого материала, по мнению большинства экспертов, должно быть запрещено, как и работы по выращиванию химер и гибридов с помощью комбинаций генетического материала, полученного от человека и животных.
Такие работы должны расцениваться как преступление.
Пересадка генов с терапевтической целью допустима только для соматических клеток. Генная пересадка зародышевых клеток для иных целей, кроме терапевтических, должна быть, безусловно, запрещена.
Применение половых клеток для генного лечения будет возможно только после получения достоверных доказательств преимущества и безопасности такого лечения по сравнению с генной терапией соматических клеток.
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Игнатьев М.Б. "Артоника" Статья в словаре-справочнике "Системный анализ и принятие решений"изд.Высшая школа, М., 2004
2.    Константинов В.М. Охрана природы: Учеб. Пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. – М.:Издательский центр «Академия», 2000 – 240с.
3.    Коробкин В.А., Передельский Л.В. Экология. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001 – 576с.
4.    Патрушев Л.И. Искусственные генетические системы. -- М.: Наука, 2004.
5.    Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. – М.:Издательский центр «Академия», 2002