Современная концепция экологии

О проблемах экологии по-настоящему заговорили в 70-е годы ХХ века, когда почувствовали, какую возрастающую угрозу несет существующему поколению и будущим поколениям техногенная цивилизация.

Термин «экология» (от греч. oikos — дом, жилище, местопребывание и ...логия) был введен Э. Геккелем (1834 – 1919) свыше столетия назад. Как самостоятельная научная дисциплина об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой, экология сформировалась еще в 1900 г. Долгое время экология оставалась биологической дисциплиной. В настоящее время она вышла из этих узких рамок и стала междисциплинарным направлением исследований процессов, связанных с взаимодействием биосферы и общества. Сформировались, в частности, такие ее разделы, как социальная, медицинская, историческая, этическая экологии.

Экологические системы и их структура.К экологическим системам обычно относят все живые системы вместе с окружающей их средой, начиная от отдельной популяции и кончая биосферой. Все они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией и информацией.

Наименьшей единицей экологии является популяция, то есть совокупность организмов определенного типа, которые взаимодействуют между собой. Отдельные популяции в чистом виде выделить трудно, поскольку в естественной природе они объединяются в более обширные сообщества живых систем и взаимодействуют также с неживыми факторами среды.

Различают такие сообщества, как биоценозы,или совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания. В совокупности с окружающей средой обитания существования (почвой, микроклиматом, гидрологией местности и т.п.), обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы — биогеоценозы(термин введен академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г.) или, как их еще называют, экосистемы (термин английского ботаника А. Тенсли, 1935).

Еще более крупным системным объединением в экологии считается биом, который включает совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенных природных зонах и поясах, например, в умеренном поясе степь, тайга, в аридном поясе (от лат. aridus — сухой) - пустыня.

Наконец, биосфера охватывает, согласно В. И. Вернадскому, все живое, биокосное и косное вещество на поверхности нашей планеты. Она в конечном итоге может существовать и развиваться только за счет энергии Солнца и потому является также открытой системой, которую в отличие от других систем называют экосферой.

Современная экология в ходе изучения биоценозов вводит новое понятие — «коэволюция»,означающее взаимное приспособление видов. Именно коэволюция обеспечивает условия взаимного сосуществования и повышения устойчивости биоценоза как системы. Коэволюция является новой перспективной идеей естественных и социальных наук. Ведь в приспособлении (как в природе, так и в обществе) решающую роль играет не борьба за существование, а взаимопомощь, согласованность и «сотрудничество» различных видов, в том числе и не связанных между собой генетическими узами.

Для изучения структуры экологических систем важен анализ тех трофических (от греч. trophe — пища) или пищевых, связей, которые соединяют различные популяции друг с другом. Различают автотрофные и гетеротрофные организмы, соответственно тому, питаются ли они самостоятельно за счет преобразования неорганической энергии, или же поедают другие живые организмы. Поэтому в экосистеме можно выделить два уровня:

· на верхнем, автотрофном уровне (от греч. афтос — сам + trophe — пища, питание), который называют также зеленым поясом, мы встречаемся с растениями, содержащими хлорофилл и перерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения;

· на нижнем, гетеротрофном уровне (от от греч. heteros — другой + греч. trophe — пища) происходит преобразование и разложение этих органических соединений в простые, неорганические.

Таким образом, в механизме трофических связей выделяются следующие элементы:

· продуценты (от лат. producens, род. п. producentis — производящий, создающий) автотрофных организмов, главным образом зеленых растений, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ;

· фаготрофы, гетеротрофные животные, к которым принадлежат животные, питающиеся другими живыми организмами, растительными и животными;

· сапротрофы, организмы, которые получают энергию путем разложения мертвых тканей или растворенного органического вещества.

В связи с этим гетеротрофные организмы разделяют на биофагов, поедающих живые организмы, и сапрофагов, питающихся мертвыми тканями.

Одна из характерных черт всех экосистем состоит в том, что в них происходит постоянное взаимодействие автотрофных и гетеротрофных подсистем организмов. Такое взаимодействие приводит к круговороту вещества в природе, несмотря на то, что иногда организмы разделены в пространстве. Так, автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают на зеленом ярусе системы, где растениям доступен солнечный свет, в то время как на нижнем ярусе усиленно протекают гетеротрофные процессы. Аналогичный разрыв между этими процессами может происходить и во времени, причем значительный разрыв между производством органического вещества автотрофами и его использования приводит к его накоплению. Именно благодаря такому временному разрыву на нашей планете образовались огромные запасы ископаемого топлива.

Взаимодействие экосистемы и окружающей ее среды. В биологических исследованиях обычно делается упор на изучение воздействия окружающей среды на живые организмы и их системы. Именно под таким углом зрения рассматривается, в частности, действие различных факторов на их эволюцию. Однако живые системы, в свою очередь, оказывают мощное воздействие на окружающую их среду.

В наибольшей степени такое воздействие можно проследить на примере больших экосистем. Именно на подобного рода факты опирается известная гипотеза Геи - Земли. Традиционно допускали, что жизнь на Земле появилась после того, когда возникла сначала атмосфера со значительным содержанием в ней кислорода.

Гипотеза Геи - Земли считает, что образование кислорода и атмосферы в целом обязано воздействию тех простейших живых организмов, которые в анаэробных условиях (при существовании без кислорода) стали выделять в окружающее пространство кислород. Авторы гипотезы ссылаются на то, что на близких к Земле планетах Марсе и Венере их атмосфера состоит соответственно на 95 и 98% из углекислого газа, кислорода же Марс содержит 0,13%, а на Венере замечены лишь его следы. Примерно такая же картина наблюдалась на безжизненной Земле[27].

Экосистема оказывает активное обратное действие на окружающую среду и соответствующим образом ее формирует. Только постоянное и непрерывное взаимодействие со средой поддерживает жизненные процессы в любой экосистеме.

Это выражается в усвоении системой

во-первых, абиотических, или неорганических, факторов среды (солнечная энергия, вода, минеральные вещества и т.п.);

во-вторых, биотических, или органических, факторов посредством тех трофических, или пищевых, связей, которые существуют между разными живыми системами.

Чтобы выжить, а тем более развиваться, экосистемы должны соответствующим образом регулировать свою деятельность, а это требует установления информационных связей между различными подсистемами и элементами системы, а не только участия в обмене веществом и энергией.

Энергетическая характеристика экосистем. Мы уже отметили, что жизнь есть создание солнечного луча. Действительно, лучистая энергия Солнца посредством фотохимического синтеза сначала преобразуется зелеными растениями в органические соединения, которые впоследствии служат пищей для растительноядных животных, а последние в свою очередь - пищей для других животных. Кроме того, задолго до этого органическое вещество, заготовленное на протяжении тысячелетий растениями, как и сами растения, особенно деревья, подверглись многочисленным химическим превращениям и образовали ископаемое топливо - доныне важнейший источник энергии для общества.

В экосистемах происходит постоянное преобразование рассеянной в пространстве солнечной энергии в более концентрированные ее формы сначала автотрофными растениями, а затем гетеротрофными животными и человеком. Процесс концентрации рассеянной солнечной энергии происходит в различных живых системах и охватывает длительный период времени. Полученная концентрированная энергия может быть в дальнейшем использована в экосистемах в виде пищи, а в технике - как ископаемое топливо. В обоих случаях будет происходить преобразование концентрированной энергии в рассеянную энергию.

Представляется целесообразным выделить четыре фундаментальных типа экосистем с точки зрения используемой энергии.

1. Природные системы, полностью зависящие от энергии солнечного излучения, которые можно назвать системами, движимыми Солнцем. Такие системы занимают огромную площадь. Только океаны покрывают 70% земной поверхности.

2. Природные системы, движимые Солнцем, а также получающие энергию из других природных источников.К ним относятся прибрежные участки морей и океанов, большие озера, тропические леса и некоторые другие экосистемы. Кроме солнечной энергии такие системы функционируют за счет энергии морских прибоев, приливов, глубоководных течений, рек, дождей, ветра и т.п. источников.

3. Природные системы, движимые Солнцем и получающие энергию от ископаемого топлива (нефть, уголь, древесина и др.). Исторически такие смешанные естественные и искусственные экосистемы впервые возникли в сельском хозяйстве для возделывания культурных растений и улучшения пород домашних животных. Сначала там применялась мышечная сила человека и животных, а впоследствии и энергия машин, работающих на ископаемом топливе.

4. Современные индустриально-городские системы,которые используют главным образом энергию ископаемых горючих, преимущественно нефти, угля, газа, а также радиоактивных веществ для получения атомной энергии. Энергетическая зависимость индустриальных центров от Солнца минимальна, так как энергоносители они получают от добывающей промышленности, а продукты питания от сельского хозяйства.

Интенсивный рост промышленности в развитых странах сопровождается все возрастающим потреблением энергии и одновременно все увеличивающимися отходами производства. Типичные спутники жизни в крупных индустриальных центрах:

· загрязнение атмосферного воздуха,

· отравление водных источников,

· накопление радиоактивных отходов,

· хищническая эксплуатация быстро сокращающихся запасов ископаемого топлива,

· рост и изменение структуры человеческих заболеваний вследствие ухудшения состояния окружающей среды,

· погоня за прибылью любой ценой, особенно за счет нарушения экологического баланса в окружающей среде.

Все это с особой остротой выдвигает перед человечеством и, прежде всего, перед промышленно развитыми странами глобальную экологическую проблему сохранения динамического равновесия биосферы и нормального жизнеобеспечения людей.

Каковы же перспективы решения этой проблемы?

Оптимисты исходят из того, что новые технологии будут безотходными, менее энергоемкими и более совершенными по другим параметрам, что позволит уменьшить экологическую нагрузку на природу.

Пессимисты считают, что никакая технология не спасет общество, если люди будут непрерывно увеличивать потребление, предприниматели добиваться получения максимальной прибыли, а промышленно развитые страны неизменно стремиться к экономическому росту.

Выход из надвигающегося экологического кризиса многие исследователи видят в радикальном изменении сознания людей, в отказе от взгляда на природу как объект бездумной эксплуатации ее человеком. Надо учитывать не только непосредственные материальные и трудовые ресурсы, затрачиваемые на производство товаров и услуг, но и тот вред, который наносится окружающей среде в результате такого производства. Рыночная экономика пока еще не научилась этого делать по-настоящему.

В этой связи заслуживает внимания деятельность Римского клуба[28]. В первом же докладе «Пределы роста», представленном американскими учеными Д. и Д. Медоузами в 1972 г., было показано: если потребление ресурсов и промышленный рост вместе с увеличением численности населения будут продолжаться прежними темпами, то будет достигнут «предел роста», за которым неизбежно последует катастрофа. Доклад критиковали за то, что в нем не учитываются усилия общества по совершенствованию технологии, поискам новых источников энергии и сырья и т.д., но все вынуждены были признать, что в нем содержится обоснованная тревога за будущее человечества.

В докладе М. Месаровича и Э. Пестеля «Человечество на перепутье» были намечены перспективы развития не столько мирового сообщества, сколько отдельных его регионов. В последующих докладах обсуждались проблемы, касающиеся отношений со слаборазвитыми странами, переработки отходов, использования энергии и другие.

Деятельность Римского клуба привлекла внимание широкой публики к актуальным глобальным проблемам современности, в частности, к сохранению окружающей природной среды. Так, Первая Конференция ООН по окружающей среде в 1972 г. официально констатировала наличие на Земле глобального экологического кризиса биосферы.

На решение экологической и других глобальных проблем было обращено внимание мировой общественности и государств планеты на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (ЮНСЕД), состоявшейся в Рио-де-Жанейро в 1992 и в августе – сентябре 2002 г. на Всемирном саммите по устойчивому развитию в Йоханнесбурге (ВСУР). Эти экологические форумы приняли беспрецедентное решение о возможности смены курса традиционного развития на новую, пока нигде в мире не реализованную форму (стратегию) развития, получившую наименование устойчивого развития (в английском оригинале – sustainable development). С большим трудом, совершая мучительные ошибки, человечество постепенно начинает все больше осознавать необходимость перехода от потребительского отношения к природе к гармонии с ней.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем единство и чем отличаются понятия «живое вещество», «биосфера», «биоценоз», «биогеоценоз»?

2. Что включает В. И. Вернадский в понятие биосферы?

3. Какие элементы называются в биосфере биогенными и косными?

4. Как осуществлялся переход от биосферы к ноосфере?

5. Почему В. И. Вернадский сравнивает деятельность разума человека с геологической силой?

6. Что изучает экология?

7. Что служит наименьшей единицей в экологии?

8. Расскажите об основных трофических (пищевых) связях в экологических системах.

9. Почему солнечная энергия служит источником функционирования и развития экосистем? Обоснуйте свой ответ.

10.Какую энергию в экологии считают концентрированной и рассеянной?

11.Как связана деятельность общества с функционированием экологических систем?

12.В чем проявляется противоречивость взаимоотношений человека и природы?

13.Каково содержание и в чем причина глобальных экологических проблем современности?

Литература

Обязательная:

1. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. Курс лекций. - М.: Гардарики, 2006. Гл. 14.

2. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. Гл. 7.

3. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. – М.: Айрис-пресс, 2004.

Дополнительная:

1. Аллен 3. Как спасти землю. Всемирная стратегия охраны природы. М., 1983.

2. Ващекин Н.П., Мунтян М.А., Урсул А.Д. Глобализация и устойчивое развитие. М., 2002.

3. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. – М.: Наука, 1999.

4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. 5-е изд., испр. и доп. – М.: ИЦ Академия, 2003.

5. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания: Уч. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Академический Проект, 2002. Гл. 5,7.

6. Комов С.В. Введение в экологию. Десять общедоступных лекций. Екатеринбург: УрГУ, 2001.

7. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. В 2 тт. – М.: Мир, 1993.

8. Общая экология: Уч. пособие для вузов / Авт.-сост. А.С. Степановских. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.

9. Энциклопедия для детей. Том 2. Биология. Жизнь. Мир растений и животных. Эволюция и тайны живого / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2001.