Современные концепции экологии

Наука сама по себе не моральна и не аморальна...; моральными или амо­ральными следует считать лишь тех, кто использует ее результаты.

Ф. Жолио-Кюри

Слово «экология» в буквальном смысле означает науку о доме (от греч. «ойкос» - жилище, местообита­ние). Этот термин впервые предложил немецкий зоолог Э. Геккель, однако подлинного расцвета эта наука до­стигла в XX веке, и ее развитие далеко не закончено.

Экология входит в цикл биологических наук и изучает местопребывание живых существ, их взаи­моотношения с окружающей средой. Область ее интересов касается уровней живого, промежуточ­ных между организменным и глобальным.

Термин «экология» обычно употребляется в двух смыслах - как биологическая экология и как социальная экология. В последние десятилетия речь идет по преимуществу о социальной экологии. Однако базовой для социальной экологии явля­ется экология биологическая. В рамках курса «Концепции современного естествознания» ло­гично больше остановиться на биологическом рас­смотрении экологии.

Различают аутоэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных видов со средой, и синэкологию, изучающую сообщества, или биоценозы.

Для аутоэкологии основными понятиями являются популяция, местообитание, экологическая ниша. Под по­пуляцией понимается группа организмов, относящихся к одному или близким видам, а также та область, кото­рую они занимают, именуемая местообитанием.

Экологической нишей называют совокупность условий, необходимых для существования попу­ляции. Именно экологическая ниша определяет по­ложение вида в цепях питания.

В зависимости от характера питания строится пира­мида питания, состоящая из нескольких трофических уровней. Автотрофный уровень, называемый зеленым поясом, занимают растения, содержащие хлорофилл и перерабатывающие солнечную энергию и простые не­органические вещества в сложные органические соеди­нения. На более высоком гетеротрофном уровне нахо­дятся организмы, использующие в пищу биомассу растений. Еще выше располагаются гетеротрофы второго порядка, которые питаются гетеротрофами первого по­рядка (травоядными животными). Гетеротрофные орга­низмы разделяют на биофагов, поедающих живые ор­ганизмы, и сапрофагов, питающихся мертвыми тканями.

Пирамида питания связана с постоянным взаи­модействием автотрофных и гетеротрофных под­систем организмов, которое приводит к кругово­роту вещества в природе. Автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают на зеленом ярусе системы, где более доступен солнечный свет, на нижнем же ярусе успешно идут гетеротрофные про­цессы.

Экология показала, что живой мир является единой системой, связанной различными видами питания и дру­гими взаимоотношениями. В случае гибели даже не­большой части системы может погибнуть и все осталь­ное. Границы системы определяются рамками передачи внутрисистемной информации. К важнейшим прин­ципам экологии относится принцип устойчивости, со­гласно которому чем больше трофических уровней и чем они раз­нообразней, тем устойчивей биосфера.

В живой природе большую роль играет принцип равновесия. Естественное равновесие существует между организмом и окружающей его неживой средой, когда множество отдельных равновесий поддерживают общее равновесие в природе. Равновесие в живой природе яв­ляется динамичным, а его отклонения представляют

колебания вокруг точки устойчивости. Если положе­ние точки устойчивости не меняется, то такое состоя­ние называется гомеостазом. Гомеостаз - это механизм, с помощью которого живой организм поддерживает параметры своей внутренней среды, противодействуя внешним воздействиям, и обеспечивает нормальную жизнь.

При переходе из одного равновесного состояния в другое экосистемам необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией. Только по истечении этого периода устанав­ливается надежный гомеостатический контроль. Раз­личают структурную, физиологическую, поведенческую адаптацию.

Экосистема является открытой системой, она взаимодействует со своим окружением и влияет на него.

Постоянное и непрерывное взаимодействие со средой поддерживает жизненные процессы в любой экосисте­ме. В результате такого взаимодействия осуществляет­ся постоянный обмен энергией и веществом между эко­системой и средой. Этот обмен проявляется в усвоении абиотических (неорганических) факторов среды (солнеч­ной энергии, воды, минеральных веществ и т. п.) и био­тических (органических) факторов посредством пище­вых связей, которые существуют между различными системами. Чтобы выжить и развиваться, экосистемы должны соответственно регулировать свою деятель­ность и быть управляемыми, что требует установления соответствующих информационных связей между раз­личными элементами системы.

В пределах гомеостаза в системе действует отрица­тельная обратная связь, и она остается стабильной.

Для эволюции и развития систем необходима положи­тельная обратная связь, при которой непрерывные воз­действия на систему накапливаются, приводят к ее раз­рушению и возникновению новой структуры.

В экосистемах живой природы действие этих принципов приобретает достаточно сложный ха­рактер, поскольку регулирующие центры в них диффузны или распределены внутри всей системы.

В экосистемах происходит постоянное преобразова­ние рассеянной в пространстве солнечной энергии в бо­лее концентрированные ее формы сначала автотрофными растениями, затем гетеротрофными животными и человеком.

На каждой стадии превращения происходит не только концентрация, но и рассеивание энергии в окружающее пространство (диссипация).

Энергия по способу своего получения является тем более концентрированной, чем дальше находится источ­ник ее получения (пища) от начала превращения солнеч­ной энергии, то есть от автотрофных организмов (зеле­ных растений и микроорганизмов).

Концентрированную энергию можно определить как обладающую низкой энтропией, то есть она характе­ризует систему с меньшим беспорядком (более упоря­доченную). В результате концентрации энергии проис­ходит, как говорят, выведение беспорядка из системы во внешнюю среду. Если система остается замкнутой, то со временем она окажется полностью дезорганизованной, что будет соответствовать установлению теплового равновесия в системе.

С точки зрения энергетики задача экологии сво­дится к изучению процессов освоения рассеянным солнечным излучением экосистемами, а также про­цессов последовательного превращения менее концентрированных форм энергии в более концент­рированные.

Можно выделить четыре основных типа экосистем в зависимости от вида используемой ими энергии:

1. Природные экосистемы, полностью зависящие от солнечного излучения. Такие системы не в состоянии поддерживать высокую плотность населения, хотя и за­нимают большие площади земной поверхности и являются важными для сохранения экологических условий на планете.

2. Природные экосистемы, прибрежных участков мо­рей и океанов, больших озер, тропических лесов и дру­гих, которые кроме солнечного излучения, используют энергию морских прибоев, приливов, течений, дождей,
ветра и других источников.

3. Смешанные экосистемы естественного и искусст­венного характера, которые впервые возникли в сельс­ком хозяйстве. В смешанных экосистемах, кроме сол­нечного излучения, используется энергия ископаемого топлива.

4. Современные городские индустриальные экосисте­мы, использующие главным образом энергию горючих ископаемых (нефти, угля, газа) и атомную энергию рас­пада радиоактивных веществ.

Исследованиями в области социальной экологии установлено, что непрерывный рост промышленности в развитых странах сопровождается возрастающим по­треблением энергии и ростом отходов производства, что ведет к загрязнению атмосферы, отравлению вод­ных источников, накоплению отходов, в том числе и ра­диоактивных. Происходит нарушение экологического баланса в окружающей среде и со всей остротой встает глобальная проблема сохранения динамического рав­новесия биосферы и нормальной жизнеобеспеченности людей.

Кризис усугубляется производством оружия массового поражения - ядерного, химического, бактериологического и др. Теперь все живое на Земле может быть уничтожено за считанные минуты. За угрозой ядерного, радиационного или токсического уничтожения биосферы видна другая угроза, на­зываемая экологической катастрофой. Основой ее является стихийная деятельность людей, сопровождающаяся загрязне­нием среды обитания, нарушением теплового баланса Земли, развитием «парникового эффекта». Назревает истощение жиз­ненно важных для человека сырьевых источников планеты.

Известно множество явлений, развитие которых в течение ближайших поколений приведет к необратимым изменени­ям в условиях обитания человека. К их числу относится за­грязнение Мирового океана. В реки, озера, моря и океаны планеты ежегодно сбрасывается до 7000 млрд куб. метров неочищенных сточных вод, которые содержат 300 млн т же­леза, 6,5 млн т фосфора, 2,3 млн т свинца, 7000 т ртути и маccу других токсичных веществ. Это приводи к сокращению океанской биомассы, к уменьшению пищевых ресурсов.

На протяжении последних 50 лет человек уничтожил 60 % мировых запасов лесов. Грозным предупреждением становит­ся сокращение площадей тропических лесов, которые наряду с северной тайгой являются «легкими» планеты в том смыс­ле, что вырабатывают основную массу кислорода, необходи­мого для жизни. Кроме того, неограниченная вырубка лесов ведет к опустыниванию обширных площадей. К глобальным изменениям ведет уменьшение толщины и поверхности озо­нового слоя, что увеличивает интенсивность ультрафиолето­вого излучения, достигающего земной поверхности.

Кроме проблемы, обозначенной еще Мальтусом, - несоответствия растущих потребностей стремительно увеличивающегося человечества и уменьшающихся за­пасов ресурсов планеты, - существует не менее грозная опасность потери возможной устойчивости биосферы как целостной системы. Результатом потери стабиль­ности нынешнего квазиравновесного состояния будет переход биосферы в новое, неведомое нам состояние, в котором человеку может не оказаться места.

Однако присутствие в системе разума меняет ситуа­цию. Предотвратить переходный процесс в биосфере че­ловек не в состоянии, но есть возможность свести к ми­нимуму или совсем снять неблагоприятные флуктуации, которые подталкивают неустойчивую систему к неже­лательным для человека вариантам перехода.

Ключевым фактором в условиях нарождаю­щейся ноосферы является вопрос об организации научного управления деятельностью всего челове­чества. В новых условиях недопустима стихийная природопреобразующая деятельность, и система научного управления должна охватить всю пла­нету.

Осуществление научного управления потребует уме­ния предвидеть результаты предполагаемых действий и обладания средствами управляющего воздействия на исполнительную систему при постоянном контроле протекающего процесса. Пока человечество не готово

осуществить выполнение подобных задач в общепла­нетарном масштабе. Но предпосылки для этого могут возникнуть.

Исследователи выдвигают в качестве возможных раз­ные модели будущего развития биосферы Земли. Одни считают, что при установившихся тенденциях развития никакая технология не спасет общество от экологиче­ской катастрофы. Другие полагают, что возможно созда­ние новых, принципиально отличных от современных технологий, которые станут безотходными и менее энер­гоемкими. Но во всех моделях выход из надвигающего­ся экологического кризиса связывается с радикальным изменением сознания людей, их нравственности и с соб­людением обществом законов экологии в процессах при­родопользования.

К основным законам биологической экологии принято относить:

- «закон минимума», которым утверждается, что развитие ограничивают лишь те факторы, ко­торые имеются в недостаточном количестве;

- «закон толерантности», показывающий, что избыток какого-либо фактора (тепла, света, воды) также может ограничивать распространение дан­ного биологического вида;

- принцип Олли, в соответствии с которым недонаселенность или перенаселенность могут ока­зывать лимитирующее влияние;

- принцип конкурентного исключения, соглас­но которому два биологических вида, занимающих одну нишу, не могут сосуществовать в одном ме­сте неограниченно долго;

- чем больше число трофических уровней, тем выше энергопотери в системе;

- принцип гетеротрофной утилизации продук­тов автотрофного метаболизма.

Вернадский сделал ряд важных для экологии выво­дов:

1. Каждый организм может существовать толь­ко при условии постоянной тесной связи со средой (с другими организмами и неживой природой).

2. Жизнь, распространяясь по нашей планете, произвела на ней глобальные изменения. Живые организмы совершенствовались в процессе эволю­ции и все шире распространялись на планете, сти­мулируя перераспределение энергии и веществ.

3. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее уве­личение, после чего достигается равновесие.

Далее при условии стабильности среды численность организмов в популяции колеблется вблизи равновес­ного уровня.