Основные факторы и механизмы стабильности биосферы Земли

Добыча морепродуктов и нетрадиционных продуктов питания. Ранее считалось, что Мировой океан невероятно продуктивен, а его пищевые ресурсы неисчерпаемы, поэтому он сможет прокормить растущее человечество. Однако выяснилось, что продуктивность океанов и морей (за исключением шельфовых зон и коралловых рифов) сравнима с продуктивностью пустынь. Ежегодный прирост рыбы и морепродуктов (киты, кальмары, ракообразные) в океанах и морях оценивается в 200 миллионов тонн, а их ежегодная добыча составляет 60 – 70 миллионов тонн. Считается, что эта величина близка к критической, а ее превышение подорвет запасы рыбы, как это произошло с китами. Отсюда введение квот на добычу рыбы и китов, установление 200- мильных экономических зон, «тресковые войны» и т.д. Однако возможно

увеличить добычу моллюсков, криля, до уровня, не подрывающего их запасов. Можно использовать запасы крупных морских водорослей – агара, ламинарии и т.д. На суше использовать такие нетрадиционный источники питания, как «кустарниковое мясо» (в Африке, мелкие грызуны, насекомоядные), лягушек, улиток. Часть их можно выращивать в культуре на остатках корма. Разведение организмов более низких трофических уровней. Сейчас достаточно широко используется выращивание одноклеточных водорослей (хлорелла) и бактерий на органических субстратах на корм скоту. Возможно расширение разведения беспозвоночных (устрицы, мидии, растительноядные рыбы), использующих энергию первого трофического уровня. У них соотношением между энергией прироста массы тела и тратами на дыхание составляет не 1:10, как у млекопитающих и птиц, а 1:3 – 1:4. Прирост массы тела у них на единицу потребленной пищи у них в 2-3 раза выше, чем у млекопитающих, при этом, а энергия, заключенная в автотрофных организмах они используют без промежуточных звеньев.

Снижение численности домашнего скота, замена животных белков растительными. Например, в сое содержится до 25% белков. Ее в США широко используют для изготовления «растительного мяса», которое ароматизируют специальными добавками, придающими ему вкус настоящего мяса.

Методы генной инженерии. Внедрение генов, ответственных за фиксацию азота в неазотфиксирующие бактерии и даже в геном сельскохозяйственных культур. Механизм фиксации азота у разных видов нитрификаторов (бактерии, сине-зеленые водоросли) контролирует небольшая группа компактно расположенных генов (nif-система). Ее структура у разных видов практически одинакова. Некоторые вирусы способны отрывать nif- систему от молекулы ДНК азотфиксирующей бактерии и присоединять ее к ДНК других видов бактерий (горизонтальный перенос генов). Предполагается, что эта система возникла сравнительно недавно у одного какого-нибудь вида бактерий, а затем посредством бактерий была перенесена в другие виды бактерий и сине-зеленых водорослей. Таким способом в эксперименте nif-система была включена в молекулу ДНК кишечной палочки человека, которая приобрела способность фиксировать азот. Изучаются возможности включения nif-системы даже в геном культурных растений, однако эта проблема еще далека от разрешения. Решение этих проблем позволило бы снизить энергоемкое производство азотных удобрений. Однако методы генной инженерии и получение трансгенных видов живых организмов вызывает серьезные опасения в обществе, поскольку неизвестно, какое влияние чужеродные гены могут оказать на весь генотип и фенотип организма. Хотя достоверных фактов вредного воздействия таких организмов на человека не выявлено, основания для опасения остаются. Более простым способом и безопасным способом, вероятно, является выведение штаммов азотфиксирующих бактерий, способных поселяться на корнях хозяйственно ценных культур – злаковых, пасленовых, крестоцветных. Изучаются возможности снижения так называемого фотодыхания и увеличения энергетического КПД фотосинтеза растений с 1-2% хотя бы до 5%. Это что могло 3-5 кратный прирост первичной продукции Биосферы и, казалось бы, решить многие проблемы человечества. Однако образовавшиеся излишки органического вещества неизбежно будут потребляться гетеротрофными организмами и (или) разлагаться редуцентами. В конечном итоге вся энергия химических связей, находящаяся в органических продуктах фотосинтеза, будет преобразована в тепловую энергию. Это приведет к разогреву атмосферы, которое особенно заметно будет ощущаться в тропиках. Считается, что нынешний уровень первичной продукции в Биосфере является оптимальным с точки зрения сохранения теплового баланса приземных слоев атмосферы и создания необходимых пищевых ресурсов для ее населения.