gorelov_a_a_socialnaya_ekologiya

ного элемента таблицы Менделеева, который не вклю-

чался бы в живое вещество. Вернадский подчеркивал

также важное значение энергии и называл живые орга-

низмы механизмами превращения энергии.

Эмпирические обобщения

Вернадского

1. Первым выводом из учения о биосфере является

принцип целостности биосферы. «Можно говорить о всей

жизни, о всем живом веществе, как о едином целом в

2

механизме биосферы» . Строение Земли, по Вернадс-

кому, есть согласованный в своих частях механизм.

«Твари Земли являются созданием сложного космичес-

кого процесса, необходимой и закономерной частью

3

стройного космического механизма» .

Узкие пределы существования жизни – физичес-

кие постоянные, уровни радиации и т.п. – подтверж-

дают это. Какие константы имеются в виду? Гравита-

ционная постоянная, или константа всемирного тяготе-

ния, определяет размеры звезд, температуру и давление

в них, влияющие на ход реакций. Если она будет чуть

меньше, звезды станут недостаточно горячими для про-

текания в них ядерных реакций; если чуть больше, звез-

ды превзойдут «критическую массу» и обратятся в чер-

ные дыры, выпав тем самым из круговорота материи.

Константа сильного взаимодействия определяет ядерный

заряд в звездах. Если ее изменить, цепочки ядерных

реакций не дойдут до углерода и азота. Постоянная элек-

тромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию

электронных оболочек и прочность химических связей;

ее изменение делает Вселенную мертвой. К этому до-

бавляется еще антропный принцип, в соответствии с ко-

31

торым мировые константы как бы подгоняются к воз-

можности существования жизни.

2. С принципом целостности биосферы и неразрыв-

ной связи в ней живых и косных компонентов связан

принцип гармонии биосферы и ее организованности.

В биосфере, по Вернадскому, «все учитывается и все

приспособляется с той же точностью, с той же меха-

ничностью и с тем же подчинением мере и гармонии,

какую мы видим в стройных движениях небесных све-

тил и начинаем видеть в системах атомов вещества и

4

атомов энергии» .

3. Роль живого в эволюции Земли. «На земной по-

верхности нет химической силы, более постоянно дей-

ствующей, а потому и более могущественной по своим

конечным последствиям, чем живые организмы, взя-

тые в целом... Все минералы верхних частей земной

коры – свободные алюмокремневые кислоты (глины),

карбонаты (известники и доломиты), гидраты окиси Fe

и AI (бурые железняки и бокситы) и многие сотни дру-

гих – непрерывно создаются в ней только под влияни-

5

ем жизни» . Лик Земли как небесного тела, заключает

Вернадский, фактически сформирован жизнью.

4. Космическая роль биосферы в трансформации

энергии. «Можно рассматривать всю эту часть живой

природы как дальнейшее развитие одного и того же

процесса превращения солнечной световой энергии в

6

действенную энергию Земли» .

5.Космическая энергия вызывает давление жизни,

которое достигается размножением. Размножение орга-

низмов уменьшается по мере увеличения их количе-

ства. Мелкие организмы размножаются гораздо быст-

рее, чем крупные.

6.Растекание жизни есть проявление ее геохими-

ческой энергии. Живое вещество, подобно газу, расте-

кается по земной поверхности в соответствии с прави-

32

лом инерции. Скорость передачи жизни зависит от плот-

ности живого вещества.

7.Понятие автотрофности. Автотрофными называ-

ют организмы, которые берут все нужные им для жиз-

ни химические элементы в биосфере из окружающей

их косной материи и не требуют для построения своего

тела готовых соединений другого организма. Поле су-

ществования этих зеленых автотрофных организмов

определяется прежде всего областью проникновения

солнечных лучей.

8.Формы нахождения химических элементов:

1)горные породы и минералы; 2) магмы; 3) рассеян-

ные элементы; 4) живое вещество. Закон бережливости

в использовании живым веществом простых химичес-

ких тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд

состояний и организм вводит в себя только необходи-

мое количество элементов.

9.Жизнь целиком определяется полем устойчиво-

сти зеленой растительности. Пределы жизни определя-

ются в конце концов физико-химическими свойствами

соединений, строящих организм, их неразрушимостью

в определенных условиях среды. Максимальное поле

жизни определяется крайними пределами выживания

организмов. Верхний предел жизни обусловливается

лучистой энергией, присутствие которой исключает

жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Ниж-

ний предел связан с достижением высокой температу-

дельным тепловым полем.

10. Биосфера в основных своих чертах представля-

ет один и тот же химический аппарат с самых древних

геологических периодов. Жизнь оставалась в течение

геологического времени постоянной, менялась только

ее форма. Само живое вещество не является случай-

ным созданием.

33

11.Всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепен-

но, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу и

захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни

есть результат приспособленности в ходе времени.

12.Постоянство количества живого вещества в био-

сфере. Количество свободного кислорода в атмосфере

того же порядка, что и количество свободного живого

вещества (1,5 х 10 г и 10 – 10 г). Скорость передачи

жизни не может перейти пределы, нарушающие свой-

ства газов. Идет борьба за нужный газ.

13. Всякая система достигает устойчивого равно-

весия, когда ее свободная энергия равняется или при-

ближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях

системы работа произведена. Понятие устойчивого рав-

новесия является исключительно важным, и мы к нему

вернемся позже.

Русские ученые внесли большой вклад в развитие

биологии в XX веке. Первые модели происхождения

жизни созданы А.И.Опариным. Вернадский был уче-

ником выдающегося почвоведа В.В.Докучаева, который

создал учение о почве как своеобразной оболочке Зем-

ли, являющейся единым целым, включающим в себя

живые и неживые тела. По существу, учение о биосфе-

ре было продолжением и распространением идей До-

кучаева на более широкую сферу реальности. В даль-

нейшем развитие биологии в этом направлении приве-

ло к созданию одной из основных наук второй половины

XX века – экологии.

Экология

В буквальном смысле слово «экология» означает на-

уку о «доме» (от греч. «ойкос» – жилище, местообита-

34

ние). Как входящая в биологический цикл экология –

наука о местообитании живых существ, их взаимоотно-

шении с окружающей средой. Экология изучает органи-

зацию и функционирование надорганизменных систем

различных уровней: популяций, сообществ, экосистем.

Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э.Гек-

кель в 1866 году, но подлинного расцвета эта наука дос-

тигла в XX веке, и ее развитие далеко не закончено.

Если учение о биосфере сразу подняло биологию с

уровня отдельных видов к целостности высшего поряд-

ка, то экология изучает различные уровни целостнос-

ти, промежуточные между организменным и глобаль-

ным. Выделяют аутоэкологию, которая исследует взаи-

модействие отдельных видов со средой, и синэкологию,

которая изучает сообщества. Сообществом, или биоце-

нозом, называют совокупность растений и животных,

населяющих участок среды обитания. Совокупность

сообщества и среды носит название экологической сис-

темы, или биогеоценоза.

Основные понятия экологии – популяция, место-

обитание, экологическая ниша. Популяцией называет-

ся группа организмов, относящихся к одному или близ-

ким видам и занимающая определенную область, на-

зываемую местообитанием. Совокупность условий,

необходимых для существования популяции, носит на-

звание экологической ниши. Экологическая ниша опре-

деляет положение вида в цепях питания.

В зависимости от характера питания строится пи-

рамида питания, состоящая из нескольких трофических

уровней. Низший занимают автотрофные организмы,

питающиеся неорганическими соединениями, прежде

всего растения. На более высоком уровне располагают-

ся гетеротрофные организмы, использующие в пищу

биомассу растений. Затем идут гетеротрофы второго

порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка,

т.е. травоядными животными и т.д.

35

Пирамида питания связана с круговоротом вещества

в биосфере, который выглядит следующим образом:

бактерии и грибы, раз-

вторичные потребители

лагающие органические

соединения

Один из важнейших принципов экологии – прин-

цип устойчивости, в соответствии с которым чем боль-

ше трофических уровней и чем они разнообразнее, тем

устойчивей биосфера.

Экология показала также, что живой мир – не со-

вокупность живых существ, а единая система, сцемен-

тированная множеством цепочек питания и иных взаи-

мозависимостей. Если даже небольшая часть его по-

гибнет, погибнет и все остальное. В то же время, как

писал Н.Винер, «сообщество простирается лишь до того

предела, до которого простирается действительная пе-

7

редача информации» .

К важным выводам экологии можно отнести сле-

дующие, отмечавшиеся еще Вернадским. 1. Каждый

организм может существовать только при условии по-

стоянной тесной связи со средой, т.е. с другими орга-

низмами и неживой природой. 2. Жизнь со всеми ее

проявлениями произвела глубокие изменения на нашей

планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, жи-

вые организмы все шире распространялись по планете,

стимулируя перераспределение энергии и веществ.

3. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока сре-

да может выдерживать их дальнейшее увеличение, пос-

36

ле чего достигается равновесие. Численность колеблет-

ся вблизи равновесного уровня.

Принцип равновесия играет в живой природе огром-

ную роль. Равновесие существует между видами и сме-

щение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищ-

ников, может привести к исчезновению жертв, у кото-

рых не будет хватать пищи. Естественное равновесие

существует и между организмом и окружающей его не-

живой средой. Великое множество равновесий поддер-

живают общее равновесие в природе.

Равновесие в живой природе не статично, как рав-

новесие кристалла, а динамично, представляя собой

движение вокруг точки устойчивости. Если эта точка

не меняется, то такое состояние называется гомеоста-

зом («гомео» – тот же, «стасис» – состояние). Гомеос-

таз – механизм, посредством которого живой организм

поддерживает параметры своей внутренней среды, про-

тиводействуя внешним воздействиям, на таком посто-

янном уровне, который обеспечивает нормальную

жизнь. Кровяное давление, частота пульса, температу-

ра тела – все это обусловлено гомеостатическими ме-

ханизмами, которые работают настолько хорошо, что

мы обычно их не замечаем. В пределах «гомеостати-

ческого плато» действует отрицательная обратная связь,

за пределами его – положительная обратная связь, и

система гибнет.

В экосистемах необходим период эволюционного

приспособления к условиям среды, который называется

адаптацией. Только после него устанавливается надежный

гомеостатический контроль. Адаптация организма может

быть структурной, физиологической и поведенческой.

К структурной относится изменение окраски, строения

тела, органов и т.д. (например, бабочки под влиянием фаб-

ричного дыма из светлых становятся темными). К физи-

ологической относится, скажем, появление слуховой ка-

меры у летучей мыши, позволяющее иметь идеальный слух.

37

Пример поведенческой адаптации демонстрирует моты-

лек с полосатыми крыльями, садящийся на полосатые ли-

стья лилий так, чтобы его полоски были параллельны

полоскам на листьях.

Механизм, ответственный за эволюцию живой при-

роды, получил название гомеореза. Он дает возможность

как бы перескакивать с одного устойчивого состояния

на другое через неравновесные точки (как бы «с кочки

на кочку»), тем самым проявляя такую отличительную

особенность живых тел, как их способность поддержи-

вать устойчиво неравновесное состояние. По определе-

нию Э.Шредингера, «жизнь – это упорядоченное и за-

кономерное поведение материи, основанное не только

на одной тенденции переходить от упорядоченности к

неупорядоченности, но и частично на существовании

8

упорядоченности, которая поддерживается все время» .

Средством, при помощи которого организм поддержи-

вает себя постоянно на достаточно высоком уровне

упорядоченности (равно на достаточно низком уровне

энтропии), является энергия, получаемая организмом

из окружающей среды с продуктами питания.

Закономерности развития

экосистем

Одним из основных достижений экологии стало

обнаружение того обстоятельства, что развиваются не

только организмы и виды, но и экосистемы. Развитие

экосистем – сукцессия – это последовательность сооб-

ществ, сменяющих друг друга в данном районе.

Сукцессия в энергетическом смысле связана с фун-

даментальным сдвигом потока энергии в сторону уве-

личения количества энергии, направленной на поддер-

38

жание системы. Сукцессия состоит из стадий роста,

стабилизации и климакса. Их можно различать на ос-

нове критерия продуктивности системы: на первой ста-

дии продукция растет до максимума, на второй остает-

ся постоянной, на третьей уменьшается до нуля по мере

разрушения системы.

Различия между растущими и зрелыми системами

можно представить в виде таблицы:

39

Обратите внимание на обратную связь зависимос-

ти между энтропией и информацией, а также на то, что

развитие экосистем идет в направлении повышения их

устойчивости, достигаемой за счет увеличения разно-

образия. Распространив этот вывод на всю биосферу,

получаем ответ на вопрос, зачем природе нужны 2 млн.

видов. Можно думать (так до возникновения экологии

и считали), что эволюция ведет к замене одних менее

сложных и приспособленных видов другими, вплоть до

человека как венца природы. Менее сложные виды, дав

дорогу более сложным, становятся не нужны. Эколо-

гия разрушила этот удобный для человека миф. Теперь

ясно, почему опасно, как делает современный человек,

уменьшать многообразие природы.

Êосновным законам экологии относятся также:

1)«закон минимума» (Либих) – ограничивают разви-

тие лишь те факторы, которые имеются в недостаточ-

ном количестве; 2) «закон толерантности» – избыток

какого-либо фактора (тепло, свет, вода) также может

ограничивать распространение данного вида; 3) недо-

населенность и перенаселенность могут оказывать ли-

митирующее влияние (принцип Олли); 4) принцип кон-

курентного исключения – два вида, занимающие одну

нишу, не могут сосуществовать в одном месте неогра-

ниченно долго; 5) чем больше трофических уровней,

тем больше потери энергии в системе; 6) развитие эко-

систем во многом аналогично развитию отдельного орга-

низма; 7) принцип гетеротрофной утилизации продук-

тов автотрофного метаболизма. Это свойство экосис-

тем сейчас под угрозой в связи с хозяйственной

деятельностью человека, ведущей к накоплению отхо-

дов, которые природа не в состоянии утилизовать.

Первыми экосистемами, которые изучались с по-

мощью количественных методов, были системы «хищ-

ник – жертва». Американец Лотка в 1925 году и италь-

янский ученый В.Вольтерра в 1926 году создали мате-

40