Предмет изучения и задачи экологии
В поисках научного подхода к возникшим проблемам ученые обратились к биологии, пытаясь ответить на следующие вопросы:
· Почему животные не загрязняют среду отходами?
· Почему живому не требуется для жизнедеятельности больших энергий?
· Как перерабатывают энергию живые организмы?
· Как живые организмы защищают себя от вредных веществ?
· Как животные разрешают конфликты между собой?
· В чем заключается различие между технологиями природы и человека?
· Как регулируется численность живых организмов на Земле?
· Почему человек, уничтожая живое, вредит себе?
Особый статус получила отрасль биологии – общая экология, исследовавшая взаимодействие организмов со средой и между собой.
Направленность экологии. Изучение подобного вида взаимодействий имеет (помимо фундаментальной значимости) практическую направленность. К фундаментальным результатам любой науки относится открытие новых законов, прежде неизвестных явлений и эффектов. С этой точки зрения экология позволяет исследовать формы живого в среде при воздействии различных экологических факторов. Новые знания тем самым образуют общий фундамент науки. Наиболее важно при этом изучение воздействия антропогенных экологических факторов. К таким факторам, например, относятся: выброс в воздух выхлопных газов от миллионов автомобилей; шум и вибрация от газопроводов; нефтяные разливы в результате аварий танкеров и многие другие, вызываемые человеческой деятельностью.
Практическая направленность экологии связана со следующими задачами: изучением возможностей энергосбережения в результате анализа использования энергии живыми организмами; отысканием способов рационального сохранения биоресурсов; выявлением опасностей заболеваний человека и других форм живого в результате воздействия экологических факторов и др. Эти задачи также связаны с активизацией новых областей бизнеса, удовлетворяющего новые важные потребности множества людей и форм живого, затронутых воздействием антропогенных факторов.
Естественно-научный подход. Биоэкология основана на подходе естественных наук. Он предполагает, что все организмы рассматриваются как материальные тела, подчиняющиеся фундаментальным законам биологии, физики, химии. Окружающая среда, в свою очередь, тоже рассматривается как явление, обладающее физико-химическими свойствами, а также некоторыми свойствами, вносимыми биологическими организмами.
Общая экология опирается на достижения естественных наук и их подходы, а также на концепции собственно теоретиков экологического подхода. В данной главе возможно привести только некоторые базовые понятия естественных наук, использующиеся экологами.
С биологической точки зрения, биоэкология изучает живую материю, которую отличают от неживой следующие признаки: питание – необходимост пищи как источника энергии и веществ для построения организма; выделение – выведение из организмов продуктов обмена; дыхание, включающее множество процессов окисления и получения энергии; рост (в форме увеличения клеточной массы и ее дифференцирования) за счет внутренних процессов жизнедеятельности; подвижность в разных формах; раздражимость – способность живого реагировать на изменение внутренней и внешней среды; размножение, или образование потомства.
Наиболее важный вклад в экологию внесла область медицины – токсикология, т. е. наука о ядах, которая позже превратилась в экотоксикологию – область исследования последствий воздействия на человека веществ антропогенного происхождения.
При постановке любого эксперимента в области экологии следует соблюдать общую методологию естествознания, основанную на следующих принципах: 1) постоянство условий эксперимента; 2) логичность построения; 3) наличие описания, позволяющего специалисту воспроизвести эксперимент; 4) сохранение результата (качественного или количественного) при многократном повторении.
Ограничения естественно-научного подхода выражаются в том, что он позволяет выявить лишь те взаимосвязи, на которые обращает внимание исследователь, и лишь на те характеристики живого, которые доступны сравнению или измерению. Поэтому экология дает мощный импульс развитию приборостроения.
Э. Геккель. Основоположником экологии является немецкий зоолог Э. Геккель (1834–1919), предложивший создать науку, исследовавшую взаимодействие организмов со средой и между собой.
Взгляды Геккеля были основаны на философии вульгарного материализма, сводившего все проявления деятельности живого, включая человека, к проявлению рефлексов, инстинктов, передаче нервных импульсов. Еще французские материалисты, например Ж. Бюффон (1707–1788), стали употреблять термин живое вещество, подчеркивая материальную природу всех форм живых организмов. Геккель также часто обозначает им разные формы живого, считая, что и понятие души можно заменить понятием психоплазмы (подобно протоплазме). Тем не менее, следует отметить и многие оригинальные идеи ученого:
· отрицание борьбы за существование в сообществах живых организмов: Геккель обратил внимание на то, что живое специализировано по видам корма – одни организмы питаются листьями дерева, другие – корой, третьи – сердцевиной, – что исключает борьбу между видами;
· подчеркивание значимости передачи энергии и трансформации ее формами живого, что определяет возможности выживания: “падающий луч Солнца оживляет планету”;
· отстаивание эстетической, а не только хозяйственной ценности живых организмов: Геккель выпустил целый альбом рисунков “О красоте форм природы”;
· отрицание первого начала термодинамики для явлений природы, постулирующего увеличение степени хаотичности со временем;
· обнаружение эффекта ценогенеза (лат.: “происхождение новой общности”) – приспособления к среде не только взрослых организмов, но и их зародышей, у которых появляются новые признаки, не свойственные взрослым предкам.
До середины XX в. экология Геккеля трактовалась как “наука о доме” животных, например о норах и о воздействии факторов окружающей среды на животных. Например, первые экологи, считая животное видом тепловой машины, пытались устанавливать взаимосвязи между его массой и температурой среды. Эти законы позже названы правилами, так как были справедливы только для определенного процента видов.
Преклонение перед природой сопровождалось у Геккеля осуждением человека, губящего ее. К сожалению, взгляды Геккеля на человека отражают воззрения вульгарного материализма конца XIX в. Выступая против “антропоцентризма”, Геккель сводил все высшие проявления духа к физиологическим процессам и подобию человека животным.
В. В. Докучаев и В. Н. Сукачев. Новое прочтение уже в середине 1960-х гг. получили труды русских ученых XIX–XX вв. Почвовед В. В. Докучаев (1846–1903) описал образование почвы как процесс, в котором участвуют многие формы организмов и химических элементов, и подчеркнул, что свойства почвенной воды зависят от свойств живого, находящегося в ней. В работах “Русский чернозем”, “Наши степи прежде и теперь” он изложил генетическую теорию почвоведения, отражающую преемственность процессов формирования почвы разными сообществами организмов, изложил комплекс мер по борьбе с засухой.
Лесовед Г. Ф. Морозов (1867–1921) создал концепцию леса как биоценоза, В. Н. Сукачев (1880–1967) и его ученики заложили основы теории биогеоценоза о влиянии на формирование природных сообществ доминирующих разновидностей живого, а также особенностей географических зон, климата.
В. И. Вернадский. Время великих открытий конца XIX – начала XX вв. в области естественных наук создало ученых-энциклопедистов, способных охватывать достижения многих областей наук для формирования общепланетных концепций развития живого.
Одним из выдающихся представителей этой плеяды был В. И. Вернадский (1863–1945). Он учился в Петербургском университете по специальности “геохимия” у профессора В. В. Докучаева, занимался исследованиями в области биологии, физики, химии, работал в России, СССР и за рубежом. Столь широкий взгляд на живое позволил ему сформировать концепцию биосферы – оболочкиЗемли, заполненной живым веществом.
Научная и общественно-политическая деятельность В. И. Вернадского столь многогранна, что в данном издании будут рассмотрены только некоторые развитые им направления, касающиеся концепции живого вещества и трансформации энергии.
Н. Винер. Основатель кибернетики, математик Н. Винер (1885–1965) ввел понятие информации, сигнала, обратных связей - отрицательной и положительной.
Примером отрицательной обратной связи в природе может быть связь между увеличением числа организмов, питающихся одной и той же пищей, и уменьшением количества пищи.
Л. Берталанфи. С 1950-х гг.Л. фон Берталанфи и его единомышленники стали развивать теорию систем, объединяющую разные области естествознания. Эти работы позволили выработать современный экологический подход, применяемый для решения теоретических и практических задач.
Цели и задачи экологии
Главной целью экологии является обеспечение устойчивого развития общества, сохраняющего среду и ресурсы для будущих поколений.
Она имеет разные интерпретации: от гуманистической, ориентированной на благо человека, до мизантропической, в которой человек и индустриализация объявляются врагами природы.
Все же многие отечественные и зарубежные ученые поддерживают концепцию устойчивого развития, в которой человеческая деятельность не противопоставляется сохранению окружающей среды.
К задачам экологии относятся следующие:
· ограничение рыночных процессов, с помощью которых могут распространяться факторы, опасные для среды;
· выявление возможностей минимизации потребления ресурсов в результате научного изучения взаимодействия живого с окружающей средой;
· минимизация потребления невозобновимых и возвращение в производственный цикл возобновимых ресурсов;
· минимизация потери биологических ресурсов в результате загрязнения и нерационального использования и их дальнейшее воспроизводство;
· минимизация воздействия веществ, ухудшающих санитарно-токсикологическое состояние окружающей среды;
· создание новых видов технологий, не загрязняющих окружающую среду и минимально потребляющих ресурсы;
· минимизация опасностей, связанных с разрушением окружающей среды за счет опасных национальных проектов;
· уменьшение воздействия демографических изменений на среду;
· создание юридической базы, поддерживающей устойчивое развитие;
· создание мировоззрения, способствующего сбережению среды.
Каждая задача подразумевает постановку целого ряда дополнительных задач, связанных с каким-либо негативным фактором. Дополнительные задачи ставятся в таком порядке, чтобы их решение образовывало прогрессивный цикл улучшения состояния окружающей среды:
1. Выявление причинно-следственной цепи возникновения негативного фактора на глобальном уровне (страны, региона) или локальном (фирмы).
2. Контроль негативного фактора на всех звеньях причинно-следствен-ной цепи. Выявление звеньев с наиболее опасным проявлением негативного фактора.
3. Создание разнообразных регулирующих механизмов, способствующих уменьшению влияния негативного фактора: технических, социальных, финансовых, политических и др.
4. Подготовка специалистов в области исследования, минимизации и регуляции негативных факторов.
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД
В ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ
Под системностью в науке понимается такой методологический подход, при котором исследуемый объект представляется в качестве совокупности элементов, объединенных связями, свойства которой не сводятся к свойствам элементов. Системы с большим числом элементов (109 и более) относятся к сложным. При рассмотрении экологических проблем в рамках системного подхода не только исследуются свойства природных систем, но и разрабатываются средства и методы для замещения экологического объекта системой. При этом широко используются приемы перехода от частного к общему (и наоборот), от простого к сложному, вероятностное прогнозирование поведения исследуемых объектов, математические и кибернетические методы управления развитием объекта.
Известно, что экология – наука, изучающая условия устойчивого существования организмов, их взаимосвязи между собой и с окружающей средой (ОС), в которой они обитают. Термин экология состоит из двух половинок (греческих слов): эйкос – дом, местообитание, а также логия – наука о…. Таким образом, экология – наука о доме (причем подразумевается, что в нем кто-то живет). Из названия и определения вытекают 3 основные группы объектов изучения в экологии: 1) живые экологические субъекты (“кто живет”); 2) окружающая среда (“дом”); 3) экологические взаимосвязи, объединяющие первые две группы объектов. Совокупность этих трех групп объектов и явлений в разных сочетаниях и пропорциях образует экологическую систему (ЭКС), которая и есть предмет изучения экологии (в частности, в общей экологии, иначе – в биоэкологии).
Все живое(биота – совокупность всех живых организмов в регионе) в общей экологии рассматривается как основная часть локальной окружающей среды (со всем богатством их взаимоотношений), при этом зачастую биота определяет также границы выделенного региона (например, по кромке леса) наряду с природными границами (вода–суша, почва–воздух и т. п.).
Однако в качестве выделенного основного живого объекта изучения (экологического субъекта) в экологической системе может выступить не только вся биота, но и любая из трех следующих ее частей: особь, т. е. индивид (типичный для данного вида), популяция одного вида, сообщество популяций, биоценоз всей Земли. В соответствии с таким выбором общую экологию (биоэкологию) обычно подразделяют (по виду экологического субъекта) на аутоэкологию (иначе - факторальную экологию), популяционную (иначе – демэкологию), биогеоценотическую (иначе – синэкологию), биосферную (глобальную) экологию.
Именно такое деление общей экологии и такой системный подход используются в данном издании. С учетом большого количества биологических (теоретическая биология) и экологических терминов пришлось вначале рассмотреть не только разд. 2 об общих понятиях, но и разд. 3 – о биоценозе и различных процессах в нем.
Возможны и другие варианты образования направлений в экологии: по объектам или по типу окружающей среды (экология щуки, экология Ладожского озера), по типу взаимодействия с окружающей средой (информационная экология), по важности какой-либо практической человеческой деятельности (сельскохозяйственная экология, морского транспорта) и др.