Читать книгу: «Саммари книги «От микроорганизмов до мегаполисов. Поиск компромисса между прогрессом и будущим планеты»», страница 2

Ограниченный экспоненциальный рост представляет собой альтернативный класс моделей роста, отличающихся от S-образных траекторий. Эти кривые описывают экспоненциальный спад с уменьшающимся темпом роста. Ограниченные экспоненциальные функции применяются, например, для анализа распространения технологий. Они также могут сочетаться с другими моделями роста.

В реальных условиях не все процессы роста поддаются описанию с помощью предложенных моделей. Тем не менее использование моделей роста может быть полезным для анализа.

Идея 2. Рост организмов определяется множеством факторов, включая генетику, метаболизм и окружающую среду

Организмы следуют определенной траектории роста, которая может принимать разные формы, включая S-образную кривую и ограниченный экспоненциальный рост. Автор анализирует рост микроорганизмов, деревьев, сельскохозяйственной продукции, животных и людей.

Микроорганизмы

Несмотря на свои размеры, они играют очень важную роль в биосфере. Рост микроорганизмов зависит от доступности элементов и витаминов. Фазы роста бактерий включают лаг-фазу, фазу ускорения, экспоненциальную фазу, фазу затухания, стационарную фазу и фазу смерти. В природных условиях рост микроорганизмов может быть изменчивым из-за взаимодействий и конкуренции с другими организмами. Антибиотики стали важным инструментом борьбы с патогенными микроорганизмами, но появление антибиотикорезистентных штаммов бактерий создает сложности и угрожает общественному здоровью. Некоторые бактерии даже используют антибиотики в качестве источника энергии и питательных веществ.

Деревья

Леса хранят большую часть фитомассы биосферы. Некоторые деревья являются крупнейшими организмами со сложной структурой. Глобальные оценки валовой первичной продукции (ВПП) лесов составляют от 54 до 175 гигатонн углерода в год. Дыхание растений, включая автотрофное и гетеротрофное, влияет на глобальные углеродные циклы. Чистая продуктивность экосистемы учитывает всю фитомассу деревьев и может варьировать в зависимости от типа леса. Рост деревьев зависит от множества факторов, включая климат и окружающую среду. Модели роста деревьев учитывают быстрый вертикальный рост молодых деревьев и устойчивый прирост диаметра с возрастом. Общее годовое увеличение фитомассы деревьев с диаметром ствола 100 см обычно втрое выше по сравнению с деревьями того же вида, но с диаметром ствола 50 см. Рост деревьев – сложное взаимодействие среды, конкуренции и ресурсов.

Европа и Китай успешно восстанавливают леса, но обезлесение остается серьезной проблемой в Азии, Африке и Латинской Америке. Спрогнозировать будущее лесов в более теплой биосфере с повышенной концентрацией CO2 довольно сложно. Леса поглощают углерод, но обезлесение снижает этот эффект. Леса могут адаптироваться к более теплым условиям, но результат зависит от множества факторов.

Сельскохозяйственные культуры

Растения, подвергшиеся селекции, играют ключевую роль в пищевой безопасности и экономике. Урожайность сельскохозяйственных культур ограничена эффективностью фотосинтеза. Максимальный предел превращения энергии света в химическую энергию в новой фитомассе находится на уровне 27 %, но разные ограничивающие факторы снижают темпы чистого фотосинтеза до 5 %. Большинство сельскохозяйственных культур не способны демонстрировать даже таких результатов в течение всего вегетационного периода.

Рост урожайности начался с внедрения новых методов выращивания, селекции и удобрения в XVIII веке. С начала 1960-х годов урожайность пшеницы начала расти более высокими темпами, и в период с 1960-х годов по 2014 год мировая урожайность выросла с 1,17 тонны/гектар до 3,15 тонны/гектар. Однако в некоторых странах наблюдаются плато и стагнация урожайности из-за теплового стресса, засух и изменения сельскохозяйственных практик.

Долгосрочная траектория урожайности риса похожа на траекторию пшеницы: длительная стагнация, затем рост после 1960 года благодаря внедрению высокоурожайных сортов. Кукуруза тоже выигрывает от гибридизации. В США внедрение гибридной кукурузы было успешным и способствовало повышению устойчивости к засухам и увеличению производительности.