Регулятори і конформісти

Реакція на середовище може відбуватися двома різними шляхами. Одні організми змінюють фізіологію і структуру, щоб наблизити свої потреби активної життєдіяльності до умов оточуючого середовища, інші підтримують своє внутрішнє середовище на більш-менш постійному оптимальному рівні. Людина, яка підтримує свою температуру приблизно на рівні 37°С, здійснює це шляхом створення комфортного мікроклімату (кондиціонер, вентилятор, прохолода під деревами), або ж перевдягаючись, купаючись в басейні чи водоймищі. Постійна температура дає змогу підтримувати на оптимальному рівні усі обмінні процеси, незважаючи на діапазон температур зовнішнього середовища. В цьому ж діапазоні зовнішня температура тіла холоднокровних жаб наближена до температури середовища. При дуже низьких чи дуже високих температурах життєдіяльність жаб зупиняється, оскільки обмежена лише невеликою ділянкою того широкого діапазону температур, у межах якого зберігають активність теплокровні тварини.

Тварин, здатних підтримувати постійність свого внутрішнього середовища, називають регуляторами, а тих, у яких внутрішнє середовище змінюється відповідно до змін зовнішнього середовища, — конформістами.

Лекція 7. Основні екологічні закони та поняття

„Без знання основних екологічних законів сучасна освіта, як загальна, так і спеціальна, не може бути повноцінною”

Д. Медоуз

План

1. Основа екологічних законів.

2. Зміст екологічних законів.

3. Методи дослідження в екології.

1. Екологія, як і інші науки, базується на законах діалектики, загальнонаукових, кібернетичних, біологічних, геологічних, географічних, фізико-хімічних. Кращому осмисленню екології як науки допоможе навіть простий перелік законів, суміжних .з екологією наукових дисциплін. В одній із останніх своїх робіт " Екологія: теорії, закони, правила, принципи і гіпотези" М.Ф. Реймерс робить науковий огляд теоретичного спадку в царині екології, називаючи при цьому цифру 250 — законів, закономірностей, принципів, правил, якими користується сучасна екологічна наука.

Без знання діалектичних законів, таких, як єдності і боротьби протилежностей, переходу кількісних змін у якісні, взаємовідносин індивідуального та загального, причини й наслідку, випадковості, форми та змісту, частини й цілого та інших важко було б пояснити явища, які виникають в екосистемах — від моноцену до плеоцену.

Розглянемо, наприклад, такий загальнонауковий закон, як закон біогенної міграції атома (В.І.Вернадського), суть якого полягає у тому, що хімічні елементи поширюються на поверхні планети за участю живої речовини. Без осмислення цього закону важко було б дослідити біохімічні кругообіги в біогеоценозах і в цілому в біосфері.

Кібернетичний закон внутрішньої динамічної рівноваги полягає в тому, що порушення хоча б одного із параметрів екосистеми неминуче призводить до змін інших показників чи підсистем. Цим законом пояснюємо гомеостаз організму, популяції і навіть усього біоценозу.

Біологічний закон гомологічних рядів і спадкової змінності (відкритий М.І. Вавиловим) полягає в тому, що види, роди, родини, наділені гомологічними генами, подібність яких тим більша, чим вони є ближчими на ступенях еволюції. Без знання цього закону важко було б зрозуміти ієрархічну структуру популяцій — географічну, локальну й елементарну.

Важливим для вивчення закономірностей розміщення на планеті окремих біомів є знання географічного закону періодичної зональності: зі зміною фізико-географічних поясів аналогічні ландшафтні зони і їх деякі загальні властивості періодично повторюються.

Важко було б вивчати енергетику екосистеми, не знаючи фізико-хімічного закону максимізації енергії: у суперництві систем виживає дише та з них, яка найкращим чином сприяє надходженню енергії і найефективніше використовує найбільшу її кількість. Закон односпрямованості потоку енергії — енергія, яку отримує угруповання (наприклад, екосистема) і яку засвоює продуцент, розсіюється або разом з їх біомасою безповоротно передається консументам першого, другого порядків і т.д.: оскільки в зворотний потік від редуцентів до продуцентів надходить незначна кількість початково втягнутої енергії (не більше 0,25%). говорити про "кругообіг енергії" не можна.

2. Дослідники класифікуючи і узагальнюючи закони, принципи, правила, аксіоми, намагаються створити певний ієрархічний блок екологічних законів. Львівські вчені С.М. Кравченко і М.В. Костицький (1992) подають їх у такому порядку:

1) закон обмеженості природних ресурсів. Деякі вчені вважають сонячну енергію практично невичерпною, однак при цьому не беруть до уваги, що серйозною перепоною для її використання є біосфера, антропогенна зміна якої понад допустиму межу (за правилом — 1%) може призвести до серйозних і тяжких наслідків: штучне привнесення енергії в біосферу досягло вже значень, близьких до граничних;

2) зменшення природно-ресурсного потенціалу — в межах однієї суспільно-економічної формації чи способу виробництва й одного типу технології — веде до того, що природні ресурси стають щораз менше доступними і вимагають збільшення затрат праці й енергії на їх добування та транспортування;

3) піраміди енергій — з одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інші рівні не більше 10% енергії, цей закон дає змогу обчислювати необхідні земельні площі для забезпечення населення продуктами харчування тощо;

4) рівнозначності всіх умов життя — всі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначну роль;

5) розвиток природної системи за рахунок навколишнього середовища — будь-яка природна система може розвиватися лише за умови використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий. Із цього закону випливає декілька наслідків:

а) абсолютно безвідходне виробництво неможливе;

6) будь-яка високоорганізована біотична система, використовуючи та видозмінюючи своє життєве середовище, є потенційною загрозою для більш високоорганізованих систем (завдяки цьому в земній біосфері неможливе нове зародження життя — воно буде знищене організмами більш високоорганізованими, ніж первісні форми живого);

в) біосфера Землі як система розвивається не тільки за рахунок ресурсів планети, але й опосередковано, за рахунок і під впливом роз­витку космічних систем;

б) системогенетичний — багато природних систем, зокрема геологічні утворення, особини, біотичні спільноти, екосистеми тощо, в індивідуальному розвитку повторюють у скороченій (в закономірно зміненій та узагальненій) формі еволюцію своєї системної структури; цей закон зумовлює необхідність урахування при управлінні природними процесами закономірного проходження ними проміжних фаз. Наприклад, вирубаний ліс не можна відновити безпосередньо. Його розвиток повинен мати декілька фаз: молодняка, жердняка, середньовікового, стиглого та перестійного лісу.

7) системоперіодичний, який, наприклад, проявляється у періодичній системі хімічних елементів чи у гомологічних рядах. Базою для створення періодичних таблиць (не лише хімічних елементів чи генетичних взаємозв'язків) служить встановлена глобальна ієрархія природних систем. Дослідження з використанням цього закону дають змогу глибше зрозуміти склад і функціонування природних систем, їх співпідпорядкованість, визначити кількісний вираз прояву іншого закону — закону оптимальності;

8) сукупності (спільної дії) природних факторів — наприклад, врожай залежить не від окремого, нехай навіть дуже важливого, фактора, а від сукупності екологічних факторів; коефіцієнт дії кожного окремого фактора в їх спільному впливові різний і може бути обчислений;

9) сукцесивного уповільнення — процеси, які відбуваються у зрілих урівноважених системах, як правило, виявляють тенденцію до уповільнення; звідси безперспективними є спроби "творити" природу господарськими заходами без виведення її системи з рівноваги чи створення якихось інших особливих умов для здійснення господарської акції. Наприклад, акліматизація нового виду культурних рослин дає спочатку ефект, далі популяційний вибух згасає, і якщо цей вид не стає масовим шкідником, то його господарське значення різко зменшується;

10) прискорення еволюції — швидкість формоутворення з бігом геологічного часу збільшується, а середня тривалість існування видів всередині більш крупної єдності (групи) знижується, тобто високоорганізовані форми існують менше часу, ніж низькоорганізовані. Прискорення еволюції передбачає і більш швидке зникнення видів, їх вимирання, яке відбувається повільнішими темпами, ніж формоутворення, внаслідок чого кількість видів у біосфері в процесі еволюції зростає. Протилежний процес — наростання темпів винищення окремих видів тварин і рослин — пов'язаний із антропогенним впливом, а не з дією зазначеного вище закону;

11) еволюції, які виявляються в трьох аспектах:

а) як спілкування тварин зі зовнішнім світом, або двоякості живих елементів;

б) поступового утворення всього сущого — в природі ніщо не вічне, все має свою історію;

в) ускладнення організації — полягає в ускладненні організації як окремого організму, так і екосистем завдяки зростанню диференціації функцій і органів, які виконують ці функції;

12) екологічні кореляції — в екосистемі, як і в будь-якому цілісному природному утворенні, всі її компоненти функціонально відповідають один одному, випадання однієї частини системи (знищення виду) не­минуче призводить до виключення всіх тісно пов'язаних з цією части­ною системи інших її частин і до функціональної зміни цілого в рам­ках дії закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Незважаючи на велику різноманітність екологічних факторів, у характері їх впливу на організми і у відповідних реакціях живих істот можна виявити ряд загальних закономірностей:

1) закон оптимуму;

2) неоднозначність дії фактора на різні функції організму чи угруповання;

3) мінливість, варіабельність і різноманітність відповідних реакцій на дію факторів середовища в окремих особин виду;

4) пристосування видів до кожного з факторів середовища відбувається відносно незалежним шляхом;

5) несумісність екологічних спектрів окремих видів;

6) взаємодія факторів;

7) правило лімітуючих факторів.

Американський еколог Б.Коммонер (1974) сформулював чотири екологічних закони-афоризми, які можна було б назвати "зарубками на пам'ять":

1) все пов'язане зі всім;

2) все повинно кудись подітися;

3) природа знає краще;

4) ніщо не дається задарма.

Екологія — справді молода наука, і тим, хто опановує її ази, відкрита дорога до пізнання, формування екологічних законів, які, як бачимо, сьогодні ще відкривають.

3. Екологічні дослідження вимагають систематичного дотримання чотирьох послідовних етапів: 1) спостереження; 2) формулювання на основі спостережень теорії про закономірність досліджуваного явища; 3) перевірка теорії наступними спостереженнями й експериментами; 4) спостереження за тим, чи передбачення, основані на цій теорії, правдиві.

Факти базуються на прямих або непрямих спостереженнях, що виконані за допомогою органів відчуття або приладів. Усі факти, які належать до конкретної проблеми, називають даними. Спостереження можуть бути якісними (тобто описувати колір, форму, смак, зовнішній вигляд тощо) або кількісними. Кількісні спостереження є точнішими. Вони включають вимірювання величини або кількості, наочним вира­зом яких можуть бути якісні ознаки.

Внаслідок спостережень отримують так званий "сирий матеріал", на основі якого формулюється гіпотеза. Гіпотеза — це науково обґрунто­ване припущення, яке базується на спостереженнях, за допомогою якого можна пояснити те чи інше явище.

Для оцінки гіпотези проводять серію експериментів з метою отримання нових результатів, які б підтверджували або ж заперечували гіпотезу. В більшості гіпотез обговорюється ряд факторів, які могли б вплинути на результати наукових спостережень. Ці факти називають змінними. Гіпотези можна об'єктивно перевірити в серії експериментів, у ході яких почергово виключається по одній зі змінних, що впливають на результати наукових спостережень. Вказану серію експериментів називають контрольною. В кожному конкретному випадку перевіряється вплив тільки однієї змінної.

Найвдаліша гіпотеза стає робочою гіпотезою, і якщо вона здатна всто­яти при спробах її усунення і вдало передбачає раніше незрозумілі факти і взаємозв'язки, то вона може стати теорією.

Загальний напрям наукового дослідження полягає в досягненні ви­щих рівнів передбачуваності (імовірності). Якщо теорію не здатні змінити жодні факти, а відхилення від неї регулярні і передбачувані, то її можна перевести в ранг закону.

В міру збільшення сукупності знань і вдосконалення методів дослідження гіпотези і навіть міцно вкорінені теорії можуть дискутуватися, видозмінюватись і навіть відкидатись. Наукові знання за своєю природою динамічні і народжуються в процесі полеміки, а достовірність наукових методів постійно піддається сумніву.