Концепции экологии. Учебное пособие

И. С. Клименко

КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГИИ

Учебное пособие

Москва Ай Пи Ар Медиа

2026

4

ВВЕДЕНИЕ: ПРЕДМЕТ,ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

Впоследние десятилетия термин "экология" стал общеупотребительным. В большинстве случаев под экологией подразумевают не столько разрушительные последствия влияния человека на окружающую его среду, сколько негативное воздействие изменившейся среды на самого человека. Однако такой "антропоцентрический" подход к экологии не совсем правомерен.

Дело в том, что процессы, изучаемые экологией, протекают на планете Земля более 3,5 млрд. лет, в то время как современный человек (неоантроп) появился менее 20 тыс. лет назад. Процесс эволюции биосферы во многом определился именно взаимодействием живых организмов в ходе естественного отбора. Следует подчеркнуть, что история эволюционного развития живой природы зафиксировала многочисленные случаи экологических кризисов и катастроф, имевших локальный, региональный и даже планетарный масштаб. Это еще раз показывает, что кризисные явления закономерным образом «вписаны» в алгоритм эволюционного процесса независимо от его природы.

Особенность современного экологического кризиса состоит исключительно в его антропогенной природе, т.е. в том, что он является прямым следствием жизнедеятельности человеческого общества.

Поэтому человечество, составляющее неотъемлемую часть биосферы, может установить гармоничные взаимоотношения с природой и, тем самым, сохранить себя как биологический вид только на основе глубокого знания законов формирования, функционирования и взаимодействия биологических систем. Поэтому для понимания и успешного разрешения накапливающихся экологических проблем необходим "биоцентрический" подход, основанный на понимании сущности природных процессов, а не на отношении к ним человека.

Термин "экология" образован из двух греческих слов: "oikos", что означает дом, жилище, и "logos" - учение, слово и дословно переводится как наука о доме. Впервые этот термин использовал Эрнст Геккель в 1866 году, определив экологию как "познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений с органическими и неорганическими компонентами среды".

Внастоящее время экология - эт о комплекс наук, изучающих взаимоот ношения

живых организмов меж ду собой и с окруж ающей их средой. Современная экология изучает адаптацию к условиям среды отдельных организмов и надорганизменных биологических систем разных иерархических уровней: популяций, биоценозов, биогеоценозов и биосферы в целом. Соответственно выделяют разделы экологии. Аутоэкология - раздел экологии, изучающий действие различных факторов среды на отдельные особи и виды; демэкология - экология популяций; синэкология изучает сообщества организмов разных видов. В зависимости от объекта изучения экологию

5

подразделяют на экологию растений, животных, микроорганизмов и т.д. вплоть до экологии человека.

Общественный интерес к экологии заметно возрос в 1968-1970г. Накопившиеся проблемы загрязнения окружающей среды, роста народонаселения, потребления продуктов питания и энергии стали к этому времени очевидными и заинтересовали широкие массы людей. Назрела настоятельная необходимость исправления последствий многих уже совершенных ошибок и недопущения новых. Поскольку разумное воздействие на природу возможно только на основе глубоких и разнообразных знаний, потребовалось ускоренное развитие соответствующих наук. Экология приобрела практический интерес, стала бурно развиваться, и вышла за рамки биологической дисциплины. Теперь под экологией также понимается комплекс наук о взаимодействии общества и природы, в том числе, такое ее направление, как социальная экология.

6

МОДУЛЬ 1

ФЕНОМЕН БИОСФЕРЫ

АННОТАЦИЯ

Основное содержание модуля связано с изложением и объяснением закономерностей функционирования сложной самоорганизующейся системы, каковой является земная биосфера. Появление в биосфере человека коренным образом изменило темпы и содержание природных процессов, породив ряд противоречий, составивших современный экологический кризис.

Преодоление этого кризиса возможно только на основе кардинального углубления знаний относительно происходящих в биосфере процессов и развития на основе этих знаний концепции устойчивого развития человечества в рамках эволюционирующей биосферы.

Изложение построено на основе системного подхода, использующего понятия самоорганизации, энтропии, движения вещества и энергии. Такой подход позволяет рассматривать жизнедеятельность человечества как неотъемлемую составляющую устойчивого функционирования биосферы и приводит к пониманию необходимости качественно нового пути в выборе путей решения глобальных проблем человечества.

7

1.ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ

1.1.Биосфера - самоорганизующаяся система

Известно два основных определения понятия «биосфера». Первое из них отражает изначальное понимание этого термина как единой совокупности существующих на Земле живых организмов. Второе определение, введенное В.И. Вернадским, носит более общий характер и рассматривает биосферу как сферу единства живой и неживой природы.

Развитие Вернадским учения о биосфере как о высшем уровне взаимодействия живой и неживой материи, по сути, и определило возникновение экологии, лежащей на стыке биологических наук и наук физико-химического и геологического циклов.

Итак, под биосферой мы понимаем тонкую оболочку Земли, в которой все процессы определяются жизнедеятельностью организмов. Мир живого - это единая система, пронизанная множеством разнообразных связей на всех уровнях своих подсистем. Недаром принято утверждать, что устойчивость биосферы как самоорганизующейся сист емы обусловлена и обеспечивается в течение всего времени ее существования исключительно разнообразием структуры и связей ее многочисленных подсистем.

Феномен жизни требует одновременного выполнения огромного множества требований. Вернадский небезосновательно рассматривал его как естественную составляющую «стройного космического механизма» эволюции Вселенной. Действительно, весьма узкий диапазон физических параметров, определяющий пределы существования земной жизни, побуждает рассматривать ее возникновение и сохранение сквозь призму ант ропного принципа, согласно которому появление во Вселенной жизни

иразума предопределены начальными условиями глобального процесса неуклонно восходящего развития материального мира.

Поэтому столь заманчивым выглядит привлечение идеи о наличии «высшего разума», замыслившего и запустившего эволюционный процесс во Вселенной. Ведь именно значения фундаментальных физических постоянных являют собой необходимое

идостаточное условие эволюционного нарастание упорядоченности материи от элементарных частиц до человеческого мозга. Возьмем хотя бы значение гравитационной постоянной: будь ее значение несколько меньше или больше существующего, феномен возникновения жизни во Вселенной не мог бы состояться. В первом случае протозвезды не превратились бы в звезды, ибо их плотности не хватило бы для достижения температуры, обеспечивающей начало реакции термоядерного синтеза. Во втором - они достигли бы критической плотности, превратившись в нейтронные звезды и черные дыры. В обоих случаях исключается возможность фотосинтеза, т.е. процесса, лежащего в основе жизнедеятельности биосферы.

Вэтой связи уместно подчеркнуть, что возникновение феномена жизни на конкретной планете требует выполнения множества условий, поэтому его вероятность представляет собой произведение соответствующего множества вероятностей, каждая из которых меньше единицы. Единственную возможность существенно увеличить эту вероятность обеспечивает суммирование вероятностей, возможное в силу наличия даже в доступной для исследования области Вселенной (Метагалактике) огромного количества

8

звезд, имеющих планетные системы. Согласно современным данным речь идет о 1022 известных человечеству звезд.

Знакомство с основными этапами эволюции Вселенной убедительно показывает, что всякий раз на новый, более высокий уровень упорядоченности переходит лишь незначительная доля материи, для которой вероятность такого перехода оказывается реализованной. Действительно:

•на миллиард реликтовых фотонов приходится одна элементарная частица вещества;

•на тысячу атомов водорода и гелия приходится один из атомов более тяжелых химических элементов;

•на сегодняшний день человечеству не известно ни одной планеты, кроме планеты Земля, имеющей биосферу земного типа;

•из более, чем двух миллионов современных видов живых организмов, составляющих биосферу, только вид Homo sapiens sapiens (именно так классифицирует теория антропогенеза современного человека) обладает тем качеством высшей нервной деятельности, которое называется разумом.

Итак, земной разум представляет собой явление уникальное или, по крайней мере, чрезвычайно редкое в масштабах Вселенной. По какому пути может пойти эволюционный процесс дальше, предсказать невозможно: эволюционные скачки случайны, неоднозначны и необратимы. Очевидно, однако, одно: для того, чтобы сохранить себя как биологический вид, человечество обязано преодолеть нарастающую угрозу экологической катастрофы в земной биосфере.

1.2. Единство геологической и биологической эволюции

Планета Солнечной системы по имени Земля, среди великого множества себе подобных, оказалась именно той материальной системой, на которой оказались выполненными все условия, необходимые для возникновения жизни. По данным современной космологии возраст Земли составляет примерно 4,5 млрд. лет. При этом имеются серьезные основания считать, что почти 4 млрд. лет на Земле существует живая материя.

Феномен земной жизни наука рассматривает как результат биохимической эволюции, которой предшествовал этап эволюции геохимической. В дальнейшем жизнедеятельность биосферы оказалась мощным геохимическим фактором, буквально преобразившим лик планеты. Строение и химический состав газообразной, жидкой и твердой и оболочек Земли - атмосферы, гидросферы и литосферы соответственно - в значительной степени обусловлены жизнедеятельностью живой материи.

Можно уверенно утверждать, что именно растительный мир планеты создал за счет фотосинтеза атмосферу, содержащую свободный кислород. Атмосферный кислород представляет собой не что иное, как побочный продукт фотосинтеза, в процессе которого растения ассимилируют из углекислого газа только необходимый им углерод. Появление в атмосфере кислорода открыло возможность образования озонового слоя (озоносферы),

9

послужившего для эволюционирующей биосферы щитом от губительного для живой материи жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения нашей звезды - Солнца.

Только после формирования озоносферы живые организмы, первоначально обитавшие исключительно в воде, начали осваивать сушу, обеспечив совершенно новые возможности для дальнейшей эволюции биосферы, что и привело в конечном итоге к возникновению феномена разума.

Из простых неорганических веществ, содержащихся в мировом океане, в результате жизнедеятельности животных, в частности кораллов, и растений возникли многочисленные острова, вписавшиеся в геологическую структуру планеты. Развитие жизни в океане сформировало осадочные горные породы, состоящие из скелетов и других остатков водных организмов.

Все минералы верхнего слоя земной коры - глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы и многие другие - непрерывно создаются в ней исключительно под влиянием живых организмов. Тысячелетиями накапливавшиеся в литосфере остатки растений и животных образовали огромные энергетические запасы органических соединений, таких как уголь, торф, нефть, которые, по сути, аккумулировали солнечную энергию, потребленную в ходе фотосинтеза. Наконец, следует упомянуть такой важнейший компонент литосферы, как гумус, необходимый для жизнедеятельности растений.

Таким образом, живые организмы, объединенные в единое целое со средой своего обитания, способны на всех уровнях своей иерархической организации создавать и контролировать условия своего существования. При этом эффективность воздействия живых систем на среду обитания возрастает с ростом уровня организации. Отдельным видам требуется для протекания эволюционного процесса весьма большие промежутки времени. Эволюция же экосистем протекает значительно быстрее, поскольку естественный отбор происходит среди природных биогеоценозов, в которых биотическая составляющая изменяет условия среды обитания, тем самым подготавливая ее для новых видов.

Совокупность процессов необратимого развития биогеоценозов и биосферы в целом получило название экогенеза. Важнейшая закономерность экогенеза состоит в возрастающей роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в протекании геохимических и физико-географических процессов на планете.

1.3.Фотосинтез и жизнедеятельность биосферы

Всоставе современной атмосферы на долю кислорода приходится 21 процент. Дальнейший рост содержания кислорода, являющегося продуктом фотосинтеза, оказался бы весьма неблагоприятным для жизнедеятельности биосферы, поскольку кислород является мощным окислителем, а такая типично окислительная реакция, как горение, представляет серьезную опасность для живой органики. Появление в составе биосферы аэробных живых организмов, потребляющих кислород для дыхания, позволило

10