Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Геоморфология, биоморфология и биогеоморфология


  • 5-01-2013, 04:41
  • | Views: 999


Геоморфология, биоморфология и биогеоморфология

Геоморфология, биоморфология и биогеоморфология

В учебниках по биологии учащиеся читают об изумительном разнообразии форм в мире организмов. Растения бесконечно различаются по размеру, по контурам крон, по компактности или, напротив, по рассечённости тела, его разветвленности, по форме разных органов и т.д. В мире косных твердых и жидких (водоемы) тел наблюдаются аналогичное разнообразие. Горным породам свойственна внутренняя трещинноватость (аналог внешней рассечённости). В косном мире известно и ветвление (морозный узор на твердой поверхности, ветвление "растущих" кристаллов, ветвление рек и т.п.).

Типичный биолог сказал бы, что сходство ветвления дерева и морозного узора на стекле - явление внешнее, поверхностное, к науке никакого отношения не имеющее. Типичный биолог сказал бы также, что аналога разветвленным трещинам в горных породах в живом мире искать не следует, что это методологически ошибочно. Ошибочно потому, что живое и косное "принципиально различны", что никакого родства между Гео и Био нет. Биолог сослался бы на философов, которые утверждают. что различия между неживым Гео и живым Био "качественные", т.е. глубинные, тогда как различия по внешнему облику являются "количественными", не столь важными. Такая точка зрения была, да и остается в биологии традиционной.

Не будем прибегать к философским оценкам, поскольку в естественных науках ценны именно численные оценки, а не зрительные впечатления, интерпретируемые неоднозначно. Можно уверенно констатировать, что морфология (т.е. та или иная структурная организация) присуща как косным, так и живым телам. В таком случае, уместен вопрос: имеется ли существенное, важное для науки сходство между биоморфологией и геоморфологией природных тел? Аналогичный вопрос в рамках геомофологии поставим так: имеется ли важное для науки сходство между морфологией внешне очень непохожих ("качественно" различных?) жидких и твердых тел Земли - океанов и континентов озёр и островов? Ответы получим, опираясь на численные данные из географии.

Сравним по геометрическим параметрам жидкие тела земной природы, относящиеся к разным геоморфологическим "видам". Это океаны, моря, озера, с одной стороны, и континенты и острова с другой. У тех и других имеются индивидуальный геометрический объем V, вычисляемый как произведение площади, S , зеркала водоёма или площади участка суши на среднюю глубину или высоту того и другого. Это позволяет сравнить твердые и жидкие тела в их размерных рядах. Сравнение покажет, насколько S и V между собой скоррелированы. Понятно, что сама по себе скор-релированность двух геометрических характеристик неизбежна. Вопрос лишь в том, не являются ли отклонения природных тел от строгих геометрических форм более важными, перекрывающими (в виде дисперсии) законы геометрии. Напомним, что в лекции 2.3 такой вопрос в общей форме уже обсуждался.

На рис. 9.2 соотношение S и V показано на обширной группе водоёмов (начиная от океанов и заканчивая небольшими, объёмом с десятки литров литоральными ваннами). Водоемы обобщаются длинной линией, а короткая линия обобщает Атлантический, Тихий и Индийский океаны и глубоководные океанические впадины. Геоморфологические соотношение между S и V можно выразить уравнением: а тренды - линии, отвечающие уравнению (1), явны. Из графика следует, что линии близки по значениям коэффициента Ь (углу наклона линии к абсциссе) и заметно различаются по коэффициенту а. Водоёмы морского типа имеют более высокие значения S/V, чем водоёмы океанические. Понятно, что более высокие значения S/V при прочих равных условиях обеспечивают лучший обмен веществ между водой и атмосферой. Такое различие биологу может показаться для водоемов "целесообразным". Но какая может быть "цель жизни" у косных тел? Ее и у живых понять трудно. В общей форме такой вопрос вряд ли имеет смысл.

Расширим диапазон сравнения водных объектов, включив в него глубоководные океанические впадины и мелкие морские водоемы - литоральные ванны (рис. 9.3). Тренды, как видим, те же, но детали различны.

Обратимся теперь к живым телам биосферы - организмам. Генетически закрепленные видоспецифические, признаки растений известны. Это характерная для видов форма листьев и их рассечённость, морфологические особенности стеблей, строение цветков, семенных коробочек, плодов, семян. Все это различается у разных видов в широком диапазоне. Велики и фенотипические различия, связанные с локальными условиями обитания. Это создает впечатление уникальности каждого отдельно взятого вида и даже особи. Ботаникам, вероятно, кажется, что строгие геометрические формы в биологическом разнообразии тонут, а поэтому законы геометрии для описания растений непригодны, незачем к ним и обращаться.

Так ли это? На рис 9.4 показано соотношение между площадью внешней поверхности растений, S , и индивидуальным геометрическим объемом тела, V (для организмов объём тела примем равным сырой индивидуальной массе). В выборку на рис. 9.4 вошли разные группы водных и наземных растений, характерные размеры, внешняя форма, разветвленность тела которых у разных видов широко различаются. Как следует из графика, соотношение площади внешней поверхности и объёма тела у разных растений закономерно, следует уравнению (1), а дисперсия в масштабе этого графика незначительна.

Здесь следует иметь в виду, что зрительно воспринимаемая вариабельность на графиках, всегда связана с их масштабом. Вариабельность слоевищ донных водорослей длиной до 5 метров (морские аларии и другие виды бывают гораздо длиннее) в масштабе небольшой морской бухты с площадью зеркала в 0.1 км2 будет выглядеть довольно значительной (и в местном масштабе она реально важна), тогда как в общей метрике с морями и океанами вариабельность тех же водорослей пренебрежимо мала. Такова реальность громадной биосферы.

Чтобы оценить меру различия и сходства объектов косного и живого мира, соединим их по параметрам V и S в общей метрике. На рис. 9.5. косные твердые тела биосферного ранга представлены морскими остовами (группа точек в квадратном контуре). Регрессия по этой группе переходит в длинную штрих-пунктирную линию, обобщающую водоемы и литоральные ванны, показанные на рис. 9.2 и 9.3. По названным параметрам острова и водоемы отвечают одинаковым условиям подобия. Не вполне подобна им по этим параметрам группа, в которую входят морские многоклеточные водоросли разных видов (жирная линия в левом нижнем углу графика). Как представитель наземных растений стрелками на линии отмечен арбуз, а как представитель мира животных - слон. Линия, обобщающая живые объекты, экстраполирована (точечно) в область крупных косных тел. Две эти линии - "косная" и "живая", пересекаются в обведенной кружком особой точке. Эта точка сообщает о наличии на графике экологически важных интерпретаций. Действительно, в области размеров от 10~2° до 10~1С1 км3, соотношение между площадью индивидуальной внешней поверхности и массой (S/W) растений идеально соответствует их главной функции - фотосинтезу (см. лекции пятой темы). Арбузу собственный фотосинтез не требуется, он растет за счет своих листьев на той же плети. Индийскому слону на фотосинтез водорослей в Черном море вообще наплевать; он наземными растениями кормится и за счет усвоенной ими солнечной энергии живет и передвигается по Индии. Примечательно, что слон на графике близок к особой точке в кружке. Правее и вверх от особой точки растения становятся энергетически невозможными. После особой точки начинаются, как кому-то ни удивительно, крохотные, со спину слона, водоемы и островки, внешняя поверхность которых им функционально не нужна. Острова сглажены, большая часть их геометрического объема лежит вблизи поверхности воды. Масса им функционально важнее. Как видим, все у Главного устроено по науке, а нам -только учиться у природы и любоваться.

В начале лекции был поставлен вопрос: имеется ли важное для науки родство между косным и живым миром, между биоморфологией и геоморфологией? Подведём итог обсуждению.

1) Вопрос о различии или сходстве косного и живого миров был когда то поставлен в ошибочной логике. Они и различны, и подобны, вопрос лишь в мере их различия и подобия. Поэтому косные и живые тела биосферы не только "ошибочно" и "методологически недопустимо" между собой сопоставлять, сравнивать, но это необходимо делать, поскольку таким путем можно объективно оценить меру их сходства и различия. Качественные суяедения о сходстве и различии природных объектов ведут к ложным выводам.

2) Закономерное соотношение двух фундаментальных морфологических параметров - геометрического объёма и площади внешней поверхности, присуще всем вещественным земным телам. У растений и животных это также проявление их биогеохимического и биогеофизического родства с косным миром; живые и косные тела имеют в каком то смысле общее происхождение, геометрию, и общую коэволюцию. А также это позволяет говорить о биогеоморфологии в том же смысле, в котором В.И. Вернадский образовал понятие биогеохимия, мировой наукой давно и широко принятое.

3) На фоне действия общих законов формообразования, специфические особенности внешних форм и очертаний играют вторичную, корректирующую роль. В мире живых тел это проявляется в форме корректирующей адаптация к локальным условиям обитания, а математически - в виде дисперсии по отношению к закономерным трендам. В размерных рядах географических объектов дисперсия отражает локальные геоморфологические различия объектов, особенности местного рельефа. В размерных рядах организмов дисперсия по отношению к закономерным трендам отражает прежде всего меру их приспособленности к самой важной для жизни внешней переменной - потоку солнечной энергии. Вот бы какие адаптации биологам в первую голову изучать. И была бы тогда такая наука - фотобионика. И были бы мы все более готовы (когда нефть и газ полностью из биосферы выжжем) выживать за счет энергии Солнца. Очень прав Михаил Борисович; Ходорковский, конечно.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Сравнима ли морфология жидких, твёрдых и живых тел?


    Обитание на любых косных дискретных телах


    Обитание в воде и на суше в масштабе биосферы


    Соотношение сухого вещества золы и фосфора в составе косных и живых тел био ...


    Распределение численности косных и живых тел биосферы по их размерам

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры