Палеоэкология: структура сообществ в прошлые века

Определения

Ископаемые остатки и другие материалы свидетельствуют о том, что в прошлом организмы были иными и достигли современного состояния в процессе эволюции. Отсюда естественно предположить, что структура сообществ и характер окружающей среды также были иными.

Объяснения

С тех пор как Чарлз Дарвин сформулировал теорию эволюции, многие ученые увлеклись реконструкцией жизни прошлого на основе изучения обнаруженных ископаемых остатков. Теперь стало возможным представить полную картину эволюции многих видов, родов и более высоких таксономических групп. Например, во всех элементарных учебниках биологии описана история эволюции лошади от четырехпалого животного размером с лисицу до современного состояния. Ho как была связана с окружающей средой лошадь на разных стадиях ее эволюционного развития? Чем она питалась, в каких условиях обитала, какова была плотность ее популяций? Какие хищники ей угрожали и с кем она конкурировала? Какой в то время был климат? Как эти экологические факторы содействовали естественному отбору, играющему формирующую роль в структурной эволюции? Конечно, некоторые из этих вопросов так и останутся без ответа.

определенным местом и временем, ученые могут получить некоторое представление о природе сообществ прошлого и формах, которые в них доминировали. А сопоставление этих данных с геологическими данными может помочь в реконструкции климатических и других физических условий, существовавших в то время. Благодаря развитию методов радиоактивной датировки и использованию других современных геологических методов мы получили возможность установить время, когда жила та или иная группа ископаемых организмов.

До недавнего времени вопросам, перечисленным в предыдущем абзаце, уделялось мало внимания. Палеонтологи были заняты описанием своих находок, определением их таксономического положения и интерпретацией этих данных в свете эволюционной теории. Однако по мере накопления такой информации, которая становилась все более обширной, возрастал интерес к эволюции групп. В связи с этим и возникла новая ветвь науки — палеоэкология.

Короче говоря, палеоэкологи по ископаемым остаткам пытаются определить, как организмы прошлого взаимодействовали друг с другом, как они реагировали на существовавшие тогда физические условия среды и как происходило изменение сообществ во времени. В основе палеонтологии лежит допущение, что «законы природы» в прошлом были такими же, как и сейчас, и что организмы прошлого и настоящего, имеющие сходный тип организации, должны быть сходными также по характеру поведения и по экологическим признакам. Так, если ископаемые находки свидетельствуют о том, что 10 ООО лет назад на месте современного леса из дуба и гикори рос еловый лес, то у нас есть все основания считать, что 10 ООО лет назад климат был холоднее, поскольку современные виды ели адаптированы к более холодному климату, чем виды дуба и гикори.

Примеры

Ископаемая пыльца растений дает превосходный материал для реконструкции наземных сообществ, существовавших со времен плейстоцена. Диаграмма на рис. 7.26 показывает, как путем определения доминирующих видов деревьев можно реконструировать характер послеледниковых сообществ и климат тех времен.

Рис. 7.26. Профили ископаемой пыльцы из датированных горизонтов в пробах донных осадков из озера на юге Новой Англии. Л. Число пыльцевых зерен каждой группы видов, выраженное в процентах от общего числа зерен в пробе. Б. Оценки скорости отложения пыльцы для каждой группы растений. Диаграмма, основанная на скорости отложения, дает лучшее представление о количественном облике постплейстоценовой растительности, чем диаграмма, основанная на процентных соотношениях. (Davis11969.)

в пробах «старейшей» пыльцы представлена главным образом пыльца ели, пихты, лиственницы, березы и сосны, что свидетельствует о холодном климате. Смена пыльцы этих пород пыльцой дуба, тсуги и бука указывает на то, что несколько тысяч лет спустя климат потеплел и стал более влажным; появление позднее пыльцы дуба и гикори свидетельствует о теплом сухом периоде, сменившемся еще позднее несколько более холодным и Блажным периодом (современная часть профиля). Наконец, в пыльцевом «календаре» ясно отражены результаты недавней вырубки лесов человеком — в пробах повысилось содержание пыльцы травянистых растений. По данным Девиса (Davis, 1969), пыльцевые диаграммы Европы зарегистрировали даже последствия эпидемии чумы («черной смерти»), приведшей к упадку сельского хозяйства. Это выразилось в уменьшении доли пыльцы травянистых растений в отложениях, датированных тем же временем, к которому относится массовая гибель людей.

Рис. 7.26 иллюстрирует также, каким образом совершенствование количественных методов может повлиять на интерпретацию ископаемых данных.

В океане наплучшие сведения часто дают раковины и скелеты животных. Особенно удобны для оценки видового разнообразия в прошлом ракушечники. Валентайн (Valentine, 1968) подчеркивает, как важно отличать разнообразие «в сообществе» от «географического» разнообразия или разнообразия «в градиенте». Так, в прошлые геологические периоды, когда Северный полюс не был покрыт льдами, придонная фауна северных морей была гораздо богаче видами, чем теперь. Однако если рассматривать весь градиент от полюса до экватора в целом, то сейчас, когда полюса покрыты льдом, на дне моря обитает вдвое больше видов моллюсков. Причина этого, видимо, в том, что на более крутом градиенте увеличивается разнообразие местообитаний и ниш.

Изучение колонок донных отложений в озере — путь к прочтению недавней истории антропогенных нарушений на площади водосбора, Брагем (Brugem, 1978), изучая фоссилизированных диатомей, личинок комаров-звонцов, зоопланктон и химический состав датированных слоев колонки из Линдсли-Понд, небольшого озера в шт. Коннектикут, выявил три стадии антропогенных нарушений: I) раннее фермерское хозяйство в конце XVIII — начале XIX вв. мало отразилось на озере; 2) в результате интенсификации сельского хозяйства примерно после 1915 г. возрос сток в озеро химикалий, что послужило причиной увеличения доли эвтрофных видов диатомей и звонцов; 3) приближение к озеру

П Заказ № 1483 пригородной зоны с 1960-х годов до настоящего времени привело к еще большему обогащению его биогенными элементами (гипер- эвтрофикации), а эрозия почвы обусловила приток в осадки больших количеств минералов и металлов (Fe, Cu). Эти изменения вызвали значительные изменения в составе биоты, особенно в составе зоопланктона.