Лекция 1 История развитие экологии

Развитие человечества происходило, с одной стороны, в борьбе с природными силами, а с другой - в инстинктивном стремлении к охране своего природного окружения. Неосознанно человек чувствовал, что потеря природной среды неминуемо приведет к катастрофе - исчезновению не жизни, нет, а к уничтожению человека как биологического вида.
Эволюция Земли до и после появления человека - это два совершенно разных качественных отрезка в естественной истории развития нашей планеты. Человек, по выражению В.И. Вернадского, стал мощной геологической силой, которая неузнаваемо изменила и продолжает изменять облик Земли.
Американский натуралист Арнольд Ньюмен предложил следующую теоретическую модель развития нашей планеты. «История эволюции насчитывает 3,5 млрд лет; приняв каждые 10 млн лет за один день, мы получим условный календарный год. Жизнь зародилась в «январе». Затем появляются простейшие бактерии и необъяснимым образом почти мгновенно распространяются по всему свету. Первые водоросли возникают (судя по ископаемым остаткам) в начале «мая»; древнейшие морские черви формируются не раньше «ноября»; в середине «декабря» начинается переселение из плацентарных морей на сушу, а человек - запомните это! - выходит на сцену за 15 минут до конца года. За короткое время пребывания на Земле мы успели натворить многое, о чем приходится сожалеть».
На вопрос о том, когда же человек начал изменять природу, американский биолог Пол Эрлих ответил однажды так: «Точно сказать не могу, но это произошло, видимо, от 15 до 25 тыс. лет тому назад. Все началось тогда, когда первый крестьянин бросил в почву первое зерно в надежде, что оно даст ему новое растение и принесет 20 новых зерен. Так человек начал систематическое преобразование природы».
Толчок самой первой в истории человечества научно-технической революции был дан неким безымянным доисторическим Эйнштейном, посадившим во влажную землю первое зерно и вызвавшим этим поступком сельскохозяйственную революцию со всеми сопутствующими ей социальными потрясениями.
Уже в самых древних из известных нам письменных источников не только упоминаются различные названия животных и растений, но сообщаются некоторые сведения об их образе жизни. Видимо, авторы этих рукописей обращали внимание на представителей живой природы не только из любознательности, но и под впечатлением от их значения в жизни людей: охоты на диких зверей и птиц, рыболовства, защиты посевов от вредных животных и т. д. Познавая природу, люди вынуждены были учитывать значение среды обитания в жизни организмов.
Корни экологии уходят в глубочайшую древность. Человек был не просто праздным наблюдателем, а активным участником природных процессов и преобразователем природы. Уже наскальные изображения первобытных эпох, в которых современный человек узнает силуэты знакомых животных,
являются свидетельством того, что проблемы первобытных людей в своей сущности были экологическими. Следует подчеркнуть, что экологические представления возникли непосредственно в связи с практическими запросами человечества. Множество интересных сведений об экологическом мышлении того времени оставили нам древние египетские, индийские, тибетские и античные источники. Читая древнеиндийские памятники литературы «Рамаяну» и «Махабхарату», можно найти сведения об изменении численности животных и даже об охотничьих запретах (на убой самок).
Предыстория экологии охватывает античный период и эпоху Возрождения. В работах таких римских авторов, как философ Лукреций, поэт Вергилий или агроном Колумелла, уже содержатся элементы экологических принципов. Зачатки этих принципов можно обнаружить у всех древних цивилизаций, и, возможно, чаще на Востоке, чем на Западе.
Взгляды на природу древнегреческих ученых в значительной мере повлияли на становление экологического мышления биологов современной эпохи. Так, например, Аристотель (384-322 гг. до н.э.) не будучи экологом в современном понимании этого термина, придавал предложенной им классификации животных экологическую окраску. В своих многочисленных трудах («О частях животных», «Возникновение животных», «Описание животных») он одним из первых рассматривает животных в связи с их местообитанием. Труды Аристотеля оставались актуальными для науки почти 2 тыс. лет, до эпохи Возрождения.
Ученик Аристотеля Теофраст (372-287 гг. до н. э.) описал группировки растений и типы деревьев, произрастающих на разной высоте. Ему принадлежат зрелые высказывания экологической направленности. В своих книгах «Естественная история растений» и «О причинах растений» он описывает естественные группировки растений, приуроченные к определенным местообитаниям. Теофраст указывал на приспособительное значение окраски животных и ее изменений. Он создал классификацию растений, систематизировал наблюдения по их морфологии, распространению и медицинскому использованию.
Древнегреческие мыслители передали эстафету пришедшим им на смену римским ученым, таким, как создатель знаменитой «Естественной истории» Плиний Старший, а те перекинули мостик к мыслителям эпохи Возрождения.Постепенно человечество начало осознавать для себя все новые перспективы в освоении природы. Нужно было разобраться во всем многообразии флоры и фауны, оценить возможное хозяйственное значение открытых учеными экзотических видов.
Эпоха Возрождения была отмечена великими географическими открытиями, а значит, и новыми успехами в области естествознания. Первенствовали такие классические науки, как география, ботаника, зоология. Ученые и путешественники не только описывали внешнее и внутреннее строение растений, но и сообщали сведения о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Обнаруживались новые виды растений и животных, появлялись сведения об их поведении, повадках, местах обитания.
Человека на ранних этапах развития естествознания во многом в первую очередь интересовало практическое применение достижений этих наук в практике натурального хозяйства. Именно тогда в Европу были привезены многие диковинные заморские виды: томаты и картофель, кукуруза и кофе, пряные растения, табак и многие другие. Путешественники открывали новые неведомые территории и доставляли из дальних странствий множество полезных в сельском хозяйстве животных.
Приток новых знаний требовал осмысления фактов, разработки классификаций животных и растений, понимания роли и места человека в общей естественнонаучной системе.
Накопленный материал позволял ученым создавать научные труды с привлечением новейших данных. Швейцарский естествоиспытатель Конрад Геснер (1516-1565) издает пятитомную «Историю животных», в которой, следуя классификации Аристотеля, описывает животных. Заслугой Геснера было то, что в свою классификацию он включил признаки среды обитания. Геснер основал в Цюрихе ботанический сад и первый естественноисторический музей.
Итальянский натуралист Улиссе Альдрованди (1522-1605) основывает при университете г. Болонья один из первых ботанических садов и музей животных и растений. В своих трудах «Орнитология», «О насекомых» и других возрождает интерес к биологическим сочинениям Аристотеля.
Английский биолог Джон Рей в 1670 г. предложил первую естественную систему растений, ввел представление об однодольных и двудольных растениях и впервые использовал категории вида и рода в смысле, близком к современному.
В том же 1670 г. известный английский химик Роберт Бойль (1627-1691) впервые осуществил экологический эксперимент: он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных. Он выяснил, что наибольшей стойкостью к вакууму обладают водные, земноводные и пойкилотермные (т.е. с непостоянной температурой тела) животные и объяснил это их образом жизни.
Французский естествоиспытатель Рене Реомюр (1683-1757) в шеститомном труде «Мемуары по естественной истории насекомых» публикует огромное количество сведений об условиях жизни насекомых, их общественном устройстве, сезонных явлениях, паразитизме и др. В 1735 г. он установил, что сумма средних дневных температур воздуха в тени постоянна для данного сезонного периода в жизни организмов.
Голландец Антони ван Левенгук (1632-1723), известный всему человечеству как изобретатель микроскопа, в то же время был пионером в изучении «пищевых цепей» и регулирования численности популяций.
В 1749 г. шведский натуралист Карл Линней опубликовал диссертацию «Экономия природы». В ней он изложил свои взгляды на взаимоотношения живых организмов и влияния на их жизнь условий внешней среды. Он утверждал, что для поддержания равновесия взаимных отношений организмов, кроме размножения, важно и их уничтожение, разрушение, так как гибель одного организма делает возможным существование других.
В 1760 г. Линней публикует работу под названием «Общественное устройство природы», в котором сравнивает природу с человеческим обществом, живущим по определенным законам.
Заслуга Линнея прежде всего состоит в том, что он впервые последовательно применил бинарную (двойную) номенклатуру, т.е. обозначил для каждого вида растений, животных и микроорганизмов двойное латинское название: первое означало название рода, второе - видовую принадлежность. Одновременно ЛиннеЙ построил наиболее удачную искусственную классификацию растений и животных. За 120 лет до появления теории Дарвина великий швед поставил человека первым в классе млекопитающих, вместе с обезьянами и полуобезьянами. В системе Линнея человек получил свое научное имя Ното заргепз - человек разумный.«Экономия природы» Линнея оказала в свое время замет-нос влияние на Чарлза Дарвина, который косвенно почерпнул из нее понятие о равновесии в природе и о борьбе за существование. В додарвиновский период развития биологии были созданы основы научной систематики, в качестве самостоятельных наук возникли морфология (наука о строении организмов) и физиология (наука о жизнедеятельности организмов). И хотя в это время при описании флоры и фауны большое внимание уделялось установлению связей между организмами и окружающей средой, экология как самостоятельная наука начала складываться только к концу XIX в. Именно тогда началось победное шествие теории происхождения видов путем естественного отбора Дарвина.
Знаменитый французский натуралист Жорж Бюффон (1707-1788) публикует 44-томную «Естественную историю» (которая была завершена уже после его смерти). В этом труде он описывает огромное количество животных в связи с влиянием на их жизнь разнообразных факторов внешней среды. Будучи сторонником изменяемости видов (трансформистом), он считал, что виды изменяются под влиянием температуры, климата, пищи и «гнета порабощения», т.е. одомашнивания и приручения. Бюффон выдвинул положение о единстве растительного и животного мира. В противоположность Линнею, он отстаивал идею об изменяемости видов под влиянием условий среды.
Большое влияние на формирование экологических взглядов имел капитальный труд французского натуралиста Жана Батиста Ламарка «Философия зоологии» (1809), в котором он затронул проблему воздействия внешних условий на «действия и привычки» животных. В своих многочисленных трудах Ламарк обосновывал идеи о роли среды в жизни организмов. Первая эволюционная теория, автором которой был Ламарк, во главу угла ставит изменчивость организмов под влиянием среды как источник их эволюционного развития.
Крупнейший немецкий ученый Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт (1769-1859) закладывает основы новой науки - биогеографии (главным образом, географии растений). Основатель учения о жизненных формах выделяет 19 основных жизненных форм растений, основные группы растительных ландшафтов, устанавливает закономерности вертикальной растительной зональности в горах и горизонтальных растительных зон на равнинах. Гумбольдт подробно изучил основные климаты Северного полушария и составил карту его изотерм. Кроме этого, он внес большой вклад в геофизику, вулканологию, гидрографию. Исследовал природу стран Европы, Центральной и Южной Америки («Путешествие в равноденственные области Нового Света», т. 1-30, 1807-1834). В труде «Космос» (т. 1-5, 1845-1862) предпринял попытку обобщения достижений науки о Земле.
И все же на заре развития экология представляла собой описательное изучение природы, своего рода естественную историю. Великие исследователи и естествоиспытатели XIX в. оставили нам полные лиризма описания и наблюдения природных явлений. Достаточно назвать с интересом читаемый и сегодня многотомный труд Альфреда Брема «Жизнь животных», первый том которого появился в 1863 г. Французский энтомолог Жан Анри Фарб в 1870 г. издал свою работу «Записки энтомолога», которая до сих пор поражает читателя точностью наблюдений за удивительным миром насекомых.
Ключевым моментом в истории экологического знания было возникновение самого термина «экология», появление которого ознаменовало рождение новой перспективной науки.
Экология, вероятно, является одной из немногих (а может быть, и единственной) наук, которые имеют свой день рождения. Таким днем можно считать 14 сентября 1866 г., когда молодой немецкий ученый-биолог Эрнст Геккель закончил написание фундаментального труда «Всеобщая морфология организмов». Книга вышла в свет в октябре 1866 г., а 14 сентября в предисловии к ней, классифицируя разделы биологии, Геккель впервые употребил термин «экология». Считается, что эту дату и следует принять за официальный «день крещения» экологии.
Эрнст Генрих Геккель родился 16 февраля 1834 г. в Потсдаме. Изучал медицину и естествознание в Берлинском, Вюрцбургском и Венском университетах. В 1857 г. получил диплом врача. В 1865-1909 - профессор Йенского университета.
Сильнейшее воздействие на Гсккеля оказали дарвиновские идеи. В 1863 Г. он выступил с публичной речью о дарвинизме на заседании Немецкого научного общества, а в 1866 г. вышла его книга «Общая морфология организмов» (СепегеИе Мт-ркоЬфе (кг Ог%атятеп), где впервые предложен термин «экология». Спустя два года появилась «Естественная история миротворения» (МагигИсИе $скр/ипфве$см'сН1е), где развиваемый им ЭВОЛЮЦИОННЫЙ подход излагался в более популярной форме, а в 1874 г. Геккель опубликовал работу «Антроиогеиия, или История развития человека» (
Ему принадлежит мысль о существовании в историческом прошлом формы, промежуточной между обезьяной и человеком, что было позже подтверждено находкой на острове Ява останков питекантропа.
Геккель разработал теорию происхождения многоклеточных (теория гас-трси, 1866). совместно с зоологом Ф.Мюллером сформулировал биогенетический закон, согласно которому в индивидуальном развитии организма как бы воспроизводятся основные этапы его эволюции, построил первое генеалогическое древо царства животных. Продолжая свои зоологические исследования в лаборатории и в ходе экспедиций на острова Мадейра, Цейлон, в Египет и Алжир, Геккель публикует монографии по радиоляриям, глубоководным медузам, сифоиофорам, глубоководным рыбам-удильщикам, а также свой последний систематический труд - внушительную «Систематическую филогению» (5у$1етап$ске РкИодете, 1894-1896).
После 1891 г. Геккель целиком уходит в разработку философских аспектов эволюционной теории. Умер Геккель в Йене 9 августа 1919 г.
Конечно, Геккель и не подозревал, что именно его станут величать «крестным отцом», а иногда и основоположником новой научной дисциплины, ставки которой в настоящее время повышаются с каждым годом. Он дал следующее определение данной науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология - это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование». «...К сожалению, - пояснял профессор, - нам в большинстве случаев совершенно неизвестны эти крайне запутанные взаимоотношения, так как до сих пор им почти не уделялось внимания. Открывается огромная, столь же весьма интересная, сколь и чрезвычайно важная область для дальнейших исследований. Экология, или наука об экономии природы, которая до сих пор даже не упоминалась в учебниках, в этом отношении сулит блес Основы экологиитящие и самые неожиданные плоды».
В разделе «Экология и хорология» Геккель пишет: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношениях организма к окружающей среде, куда мы относим все «условия существования» в широком смысле этого слова. Они частично органической, частично неорганической природы; поскольку они, как мы отмечали выше, оказывают влияние на форму организмов, то тем самым они заставляют их приспосабливаться к этим условиям».
Немецкого ученого в какой-то мере можно назвать провидцем с той точки зрения, что он, быть может неосознанно, предвидел всю важность проблем, которые призвана была решать экология. Геккель, дальновидный биолог, поддерживающий теорию Дарвина, использовал в своих трудах новые и зачастую гармонично звучащие слова, большинство из которых сегодня забыто. «Экология» была самой удачной его находкой, если судить по популярности этого слова и тем научным достижениям, которые оно стимулировало.
К концу XIX в. термином «экология» начали пользоваться многие биологи, причем не только в Германии, но и в других странах. В 1868 г. в России под редакцией известного физиолога И.И. Мечникова вышел в конспективном изложении труд Геккеля «Общая морфология», где, видимо, впервые было упомянуто слово «экология» на русском языке.
Русские ученые активно включились в общее направление экологических исследований. Профессор Московского университета К.Ф. Рулье (1814-1858) основывает первую научную экологическую школу. В своих многочисленных научных трудах и даже в популярных изданиях, например в газетных статьях, он постоянно подчеркивает необходимость изучения животных в связи с условиями их обитания. Рулье доказал зависимость эволюции живых форм от изменения среды их обитания.
Будучи крупным биологом, зоологом, он сформулировал принцип, лежащий в основе всех наук о живом, - принцип исторического единства организма и окружающей среды. Рулье подчеркивал, что ни один из организмов не может существовать независимо от окружающей среды, причем среда изменяется организмами, а изменения организмов контролируются средой. Рулье так писал о всеобщей связи в природе: «Научный путь есть опытное исследование предмета или явления в его последовательном развитии не как уединенного, оторванного, но как необходимо связанного с другими относительно внешними явлениями». Эта мысль, высказанная полтора столетия назад, созвучна рассуждениям и взглядам современных экологов, когда они говорят о целостном подходе к взаимоотношениям человека и природы, об экологическом мышлении.
В 1854 г. петербургский академик Карл Бэр (1792-1876), более известный как автор закона зародышевого сходства, публикует сведения, которые можно считать основами современной теории динамики популяций рыб. Он сформировал представления о соразмерности рыбных ресурсов с обеспеченностью рыб пищей, балансе между размножением и смертностью рыб в зависимости от наличия корма.
В 1855 г. ученик Рулье Н.А. Северцов (1827-1885) публикует первую диссертацию на чисто экологическую тему: «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гадов Воронежской губернии».
Если Геккеля можно считать в какой-то мере праотцом новой науки, интуитивно предвосхитившим всю значимость и глобальность экологии, то Дарвин заложил ее биологический фундамент - то основание, на котором в дальнейшем росло экологическое знание. Вначале оно имело практической целью регулирование численности экономически важных видов животных и направленное изменение естественных сообществ (биоценозов) в выгодном для человека направлении.
В 1859 г. Чарлз Дарвин (1809-1882) публикует свою книгу «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», которая совершила переворот в биологии и подготовила почву для появления экологии как науки.
Важным шагом на пути экологии к описанию целостных природных комплексов стало введение немецким гидробиологом Карлом Мебиусом (1825-1908) в 1877 г. понятия о биоценозе. Он сформулировал эту мысль в книге «Устрицы и устричное хозяйство», где описал комплексы донных животных, образующих так называемые устричные банки. Такие комплексы Мебиус назвал биоценозами, имея в виду объединения живых организмов, которые соответствуют по составу, числу видов и особей некоторым средним условиям среды и в которых организмы связаны взаимной зависимостью и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах.
Заслуга Мебиуса в том, что он не только установил наличие органических сообществ и предложил для них название «биоценоз», но и сумел раскрыть многие закономерности их формирования и развития. Тем самым были заложены основы важного направления в экологии - биоценологии.
Термин «биоценоз» получил распространение в научной литературе на немецком и русском языках, а в англоязычных странах этому понятию соответствует термин «сообщество» (соттипИу). В русской литературе термин «биоценоз» широко использовали такие классики науки, как В.В.Докучаев, Г.Ф. Морозов, В.Н. Сукачев. Последний наряду с термином «биоценоз» предложил термин «биогеоценоз», который соответствует термину «экосистема» в англоязычной литературе.
Таким образом, Мебиус одним из первых применил к исследованию объектов живой природы особый подход, который получил в наши дни название системного подхода. Этот подход ориентирует исследователя на раскрытие целостных свойств объектов и механизмов, их обеспечивающих, на выявление многообразных связей в биологической системе и разработку эффективной стратегии ее изучения. Следует отметить, что в современной науке системная парадигма (господствующая теоретическая концепция, система взглядов) доминирует, а в экологии системный подход к рассмотрению объектов живой природы является основным.
Временем возникновения экологии как науки можно считать середину XIX в., однако, как признанная самостоятельная научная дисциплина экология оформилась около 1900 г.
В начале 20-х гг. XX в. термин «экология» чаще всего отождествляли с «научной естественной историей». Под такой естественной историей обычно понимали регистрацию наблюдений о встречаемости организмов и некоторые весьма условные попытки связать эти данные с факторами среды. Во множестве публиковались ценные наблюдения, характеризующие образ жизни различных организмов и отдельных видов, в которых не было даже намека на попытку связать их с проблематикой динамики популяций.
Вскоре пришло время более детального исследования окружающей среды, в которой обитают те или иные виды. Возник новый раздел экологии - аутэкология (экология отдельных видов, организмов; от греч. «аутос» - сам), изучающая взаимоотношения организма (особи, вида) с окружающей его средой. Аутэкология имела и по сей день имеет большое прикладное значение, особенно в области биологических методов борьбы с вредителями растений, исследований переносчиков болезней и профилактики переносимых паразитами инфекций.
Однако каждый отдельный вид даже при изучении его с другими видами, оказывающими на него непосредственное влияние, является всего-навсего мельчайшей частичкой среди тысяч таких же видов растений, животных и микроорганизмов, которые обитают в той же зоне - в лес Основы экологииу, на лугу, в водоеме или на побережье. Осознание этого факта привело к появлению в середине 20-х гг. синэкологии (от грсч. «син» - «вместе»), или биоценологии, исследующей взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой. Термин «синэко-логия» был предложен швейцарским ботаником К. Шрстером в 1902 г. На III Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе в 1910 г. ботаники наряду с другими вопросами обсуждали программу экологических исследований. Был поставлен вопрос о разделении экологии на два раздела: экологию особей и экологию сообществ; синэкологпя официально оформилась в качестве составной части экологии.
Постепенно ученые-экологи перешли со стадии описательной к стадии осмысления собранных фактов. Интенсивное развитие получили экспериментальная и теоретическая экология. В 20-30-е гг. XX в. были сформулированы основные задачи изучения популяций и сообществ, предложены математические модели роста численности популяций и их взаимодействий, проведены лабораторные опыты по проверке этих моделей. Были установлены математические законы, описывающие динамику популяций взаимодействующих групп особей. Это модельные уравнения А. Лотки - В. Воль-терра, принцип (закон) конкурентного исключения Гаузе.
Появились первые основополагающие экологические концепции, такие, как «пирамида чисел» (в соответствии с этой концепцией численность особей снижается в прогрессии от растений - в основе пирамиды - до травоядных животных и хищников - на ее вершине), «цепь питания», «пирамида биомасс».
Что такое цепь питания и насколько важно познание действия механизмов переноса веществ по ее звеньям, рассмотрим на следующем примере.
В 1948 г. швейцарский химик Пауль Мюллер получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие инехчепщидных особенностей ДДТ (дихлордифсиилтрих.юрэтан) - чудесного препарата но борьбе с малярией и голодом. Во время второй мировой войны возникла большая потребность в инсектицидах - веществах, убивающих вредных насекомых. Быстро прогрессировало развитие таких болезней, как малярия и сыпной тиф в связи с тем, что против этих заболеваний не существовало вакцин. Исследования показали, что распространение малярии и сыпного тифа может быть приостановлено, если удастся ограничить распространение комаров и вшей, которые являются переносчиками этих заболеваний.
Новый инсектицид ДДТ казался идеальным для этой цели. Его токсичность для людей представлялась настолько низкой, что препарат предполагалось распылять непосредственно на тело для предупреждения возникновения сыпного тифа. Он также был достаточно недорогим, что позволяло использовать ДДТ для распыления на целые острова в Тихом океане перед высадкой вооруженных сил США на берег, предотвращая таким образом распространение малярии.
В первые годы после войны ДДТ применяли на нолях кормовых и продовольственных культур, так как он считался совершенно безвредным для теплокровных животных. На протяжении последующих двух десятилетий не имеющая себе равных ценность ДДТ подтверждалась снова И снова, особенно в тропических странах. Кроме предотвращения возникновения малярии, препарат помогал резко увеличить урожайность новых видов сельскохозяйственных культур.
Лишь позже были обнаружены неблагоприятные действия ДДТ. Оказалось, что корм для коров, обработанный ДДТ, опасен не столько для поедающих его животных, сколько для телят, так как, поступая через молоко, он вызывает у них серьезные заболевания, вплоть до смертельного исхода. Одна из особеш юстей этого средства, сделавшего его вначале столь привлекательным, -стабильность по сравнению с естественными растительными инсектицидами. Не распадаясь постепенно на безвредные компоненты, ДДТ накапливается в почве, воде и организме животных. Особенно много побочных продуктов ДДТ накапливается в организме человека, употребляющего в пищу мясо итни, молоко и сыр.
Совсем недавно ученые, исследуя жизнь пингвинов в Антарктиде, обнаружили в их печени и жировых тканях побочные продукты ДДТ. Казалось бы, совершенно невероятно, что в таких отдаленных от цивилизации местах можно столкнуться с последствиями дел человеческих. Но факт остается фактом. Ничто живое па Земле не застраховано от вредного воздействия техногенных препаратов. По цепям питания, или трофическим цепям, ДДТ из сточных вод попадает в реки, оттуда в моря и дальше в океаны, достигая самых отдаленных уголков пашей планеты (рис. 1.1). Установлено, что вне зависимости от места применения конечным пунктом накопления пестицидов и их продуктов считаются моря и океаны.
чале 70-х ГГ.; когда была выявлена и подтверждена опасность ДДТ, во МНОГИХ странах частично или полностью запретили его применение.
В первой половине XX в. в экологии сложилась парадоксальная ситуация. Ученые-экологи изучали живые организмы, взаимоотношения между ними, среду их обитания, Экологические идеи проникали во все области биологии. Однако у экологов, в отличие от их коллег, работающих в различных областях биологической науки, отсутствовала основная, фундаментальная единица исследований, как, например, у анатомов, изучающих внутренние органы организма, генетиков, изучающих единицы наследственности - гены, гистологов, у которых единицей исследования является живая ткань, либо цитологов с их главным объектом изучения - клеткой. У экологов не было отдельной сформированной специфической единицы исследования. Они изучали все живое.
На этом этапе развития экологии остро почувствовалась нехватка базовой единицы изучения. Ее отсутствие несколько тормозило развитие экологии.
Такой единицей изучения стала экологическая система, или экосистема. Ее можно определить как ограниченное во времени и пространстве единство, включающее не только все обитающие в нем организмы, но и физические характеристики климата и почв, а также все взаимодействия между различными организмами и между этими организмами и физическими условиями.
Примером экосистемы может служить тропический лес Основы экологии в определенном месте и в конкретный момент времени, населенный тысячами видов растений, животных и микробов, связанных миллионами происходящих между ними взаимодействий.
Термин «экосистема» впервые был предложен английским экологом Лртуром Тенсли в 1935 г., но, конечно, представления о ней возникло значительно раньше.
Концепция экосистемы согласуется с общей теорией систем Людвига фон Берталанфи, согласно которой целое представляет собой нечто большее, чем сумма составляющих его элементов, поскольку главная характеристика целого - взаимодействие, протекающее между его различными элементами.
В течение 50-х и первой половины 60-х гг. XX в. применение этой концепции привело к изучению эффективности накопления энергии в экосистеме в процессе фотосинтеза, эффективности преобразования материи при переходе от одного звена цепи к другому и переработки и восстановления питательных веществ в почвенном компоненте.
Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В.И. Вернадского (1863 -1945). Он посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, и разработал теорию, названную им биогеохимией, которая легла в основу современного учения о биосфере.
Еще в начале XIX в. в естествознании утвердился термин «биосфера» - сфера жизни. Она включает в себя все области нашей планеты, освоенные жизнью. Это и атмосфера, и океан, и все части земной поверхности, где утвердилась жизнь в любых ее формах.
Учение о живой природе было создано и развито многими выдающимися натуралистами прошлых веков. Но тогда исследовался главным образом растительный и животный мир, а биосфера - как качественно новое геологическое, биологическое и экологическое явление на планете - не рассматривалась. Однако изучение одних локальных проблем оказалось недостаточным. В современных условиях необходимо изучать биосферу как единое целое в ее взаимодействии с человечеством.
Появление и развитие учения о биосфере стало новой вехой в естествознании, в изучении взаимодействий и взаимоотношений между косной и живой природой, между человеком и окружающей средой.
В 1926 г. Вернадский опубликовал книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой книге биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. В работах по биосфере ученый показал, что живое вещество во взаимодействии с неживым есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.
Вернадский показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов. В его учении о биосфере не только рассматривались основные свойства живого вещества и влияние на него косной природы, но впервые было раскрыто грандиозное обратное влияние жизни на абиотическую (неживую) среду (атмосферу, гидросферу, литосферу) и формирование в результате этого исторического процесса особых биокосных природных тел, таких, как почва.
, Впервые вся живая оболочка планеты предстала как единое целое - могучее, сложное и в то же время хрупкое образование. Из учения Вернадского вытекала необходимость комплексного изучения живых, косных и биологических компонентов биосферы в их динамическом единстве.
В конце жизни Вернадский приходит к выводу, что биосфера тесно связана с деятельностью человека; от этой деятельности зависит сохранность равновесия состава биосферы. Он вводит новое понятие - ноосфера, что означает «мыслящая оболочка», т.е. сфера разума. Вернадский писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».
Изучение экосистемы в целом требует более сложных исследовательских средств, которые могут быть обеспечены лишь с развитием возможностей вычислительной техники и обработки информации. Невозможность экспериментальной проверки нередко заставляет экологов переводить наблюдаемые факты на язык математики. Математический анализ (моделирование) позволяет выделять отдельные явления из всей совокупности отношений организма и среды, чтобы глубже понять природу этих явлений. Конечно, при этом не надо забывать, что математические модели представляют собой лишь приблизительное отображение природных явлений.
На основе экологических моделей могут быть сделаны прогнозы, доступные для проверки. Если прогноз не сбывается, модель либо исправляют, либо отбрасывают. Те модели и теории, которые недостаточно хорошо совпадают с действительностью, постепенно заменяют другими моделями, лучше отражающими реальный мир. Чрезвычайная сложность экологических систем требует применения графических и математических моделей в такой мере, что современные экологи подчас используют математику в своей работе не меньше, чем биологию.
Взаимосвязи в живой природе, с которыми приходится сталкиваться ученым, чрезвычайно широки и многообразны. Поэтому идеальный эколог, если только таковой существует, должен быть в какой-то мере энциклопедистом, обладающим комплексом знаний, сконцентрированных во многих научных и общественных дисциплинах. Естественно, таких людей нет, и поэтому для успешного решения реальных экологачсских задач необходима совместная междисциплинарная работа исследовательских групп, каждая из которых представляет различные отрасли науки.
Возвращаясь к истокам возникновения экологии, отметим, что по своему зарождению и особенно дальнейшему развитию она весьма отличается от других наук, большинство из которых (например, биологию) можно представить в виде ствола дерева, от которого отходят многочисленные ветви - цитология, гистология, физиология и т.п. Экология же представляет собой как бы массу корней, которые, сливаясь воедино, образуют общий ствол.
В основании находятся классические естественные дисциплины - ботаника и зоология. Затем следуют почвоведение и физическая география, геология, климатология, биохимия и микробиология, высшая математика (для построения моделей), социология, география населенности, психология, теория культуры, экономика. Различные дисциплины, образующие этот ствол, не всегда взаимосвязаны, и, вероятно, полной связи достичь не удастся никогда. Но, как это ни парадоксально, именно такое широкое слияние различных дисциплин придает экологии силу, вооружает ее средствами для поиска решений все более сложных проблем окружающей среды..
Период становления экологии совпал с периодом кризиса классических наук как таковых - настало время междисциплинарных наук, все реже соответствующих бытовавшим прежде критериям научности, стремящимся вырваться к некой метапози-ции, тотальному переосмыслению места и роли человека в мире.
Если в период своего возникновения экология изучала взаимоотношения организмов с окружающей средой и была составной частью биологии, то современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук, прежде всего таких, как биология (ботаника и зоология), география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура.
Современный этап развития экологии характерен организацией и осуществлением комплексных фундаментальных научных исследований воздействия человека на естественные процессы в бпрсфере, а также изучением влияния происходящих изменений на самого человека. Осуществляется изучение влияния человека и его хозяйственной деятельности на различные природные экосистемы. Постепенно человек стал рассматриваться как органическая составная часть экосистемы и биосферы и оказался фактически центральным элементом исследований.
Такая постановка вопроса, при которой человек из стороннего и чужеродного элемента превращается в органичное составляющее биосферы, его ядро, означает переворот в концепциях и методах современной экологии, поскольку последняя начала принимать во внимание не поддающиеся количественной оценке элементы деятельности и образ мышления человека. Ключевым элементом стала концепция «участия», подразумевающая участие человека, группы людей, местного населения в экологическом планировании.
Итак, история развития экологических знаний показывает, что если в период своего возникновения экология делала акцент на изучении отдельных организмов и взаимоотношениях этих организмов с окружающей средой и была составной частью биологии, то современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук. Таким образом, современная экология -универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Экология - наука будущего, и, возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки.