Лекции по экологии

паттерн своими внутриклеточными процессами, так что результирующий паттерн, скорее всего, рождается как единство эталонной, предопределенной организмом («вынужденной») составляющей и внутриклеточной («свободной») составляющей). Это эталон, по которому должен строиться организм, поэтому со смертью клетки данный паттерн будет продолжать существовать и создавать условия для нарождения новой клетки, топологически (по месту расположения внутри организма) функционально и структурно идентичной погибшей клетке. Этот паттерн можно считать своего рода «душой» клетки, способной возрождаться до тех пор, пока организм нуждается в ее функции. Поэтому, например, несмотря на то, что каждая клетка кожи живет весьма ограниченный срок, папиллярный узор (отпечатки пальцев) остается практически неизменным на всем протяжении жизни. Но даже после того, как эта функция перестанет быть востребованной (многие системы организма, особенно на стадии эмбриогенеза, имеют ограниченный период существования), информация о данной клетке будет храниться в памяти организма (в структуре ДНК), поэтому ее можно считать бессмертной, по крайней мере, до тех пор, пока существует сам организм.

По-видимому, все живые существа имеют подобную полевую структуру, организующую все внутренние процессы. Не являются исключением и социальные организмы. Поэтому, вероятно, стоит предположить существование подобной биополевой структуры и у всей планеты. Частично эта структура, вероятно, проявляет себя в форме гравитационного и магнитного полей планеты. Ведь не случайно, как выясняется, именно магнитное поле Земли является основным проводником для перелетных птиц.

Кто знает, насколько сложна и упорядочена полевая структура планеты? И в этой структуре, возможно, наблюдаются локальные островки с еще более сложной организацией, топологически совпадающие с нашими телами, организующие всю нашу жизнедеятельность. Эти сложные паттерны принадлежат не столько нам лично, сколько так называемому энергоинформационному полю планеты, в которое сливаются биополевые структуры всех биосистем, и, наверное, еще кое-что, о чем мы даже не догадываемся. И после нашей смерти эти паттерны, вероятно, не распадаются, так как они являются первичными (эталонными) по отношению к внутренней организации данного живого существа и распад тела не может повлиять на программу формирования этого тела. Возможно, кто-то даже возрождается для новой жизни. Но, наверное, не каждому дается это право, а только тем, в ком действительно нуждается планета. Этот вывод следует из принципа подобия части и целого. Однако понятно, что он является не более, чем гипотезой.

Как всякое живое существо, планета имеет, по-видимому, свой личностный фактор - сверхсознание. Вероятно, она вмешивается в жизнь населяющих ее подсистем, регулирует и направляет их особым образом. И люди умеют, в принципе, слышать голос Земли, но перестали ему доверять, так как не могут найти ему логического объяснения. Этот голос прорывается в наше сознание в виде голоса совести, но еще больше он, вероятно, присутствует во многих наших неосознанных порывах, самое верное название которым будет «голос

42

сердца», или, если хотите - интуиция. Именно в регулирующем воздействии планеты на нашу жизнь следует искать природу морали и нравственности.

5.4. Генетическая гипотеза эволюции планеты

Принцип Реди гласит: «Все живое происходит от живого». Из этого следует парадоксальный вывод: жизнь не может возникнуть вследствие самоорганизации. Любое живое существо обязательно имеет живого родителя, причем подобного ему самому, о чем свидетельствует и биогенетический закон. Однако данный парадокс снимается достаточно просто, если исходить из предположения, что Земля есть живое существо. Только та самоорганизующаяся система приобретает возможность длительного устойчивого существования, которая наследует в своей структуре подобие со структурой планеты (подобие может быть формальным, не обязательно физическим и не обязательно полным). Как любое живое существо, планета рождается, развивается, достигает зрелости, старится и умирает. О смерти Земли говорить еще рано, похоже, что она находится в самом пике своего развития.

Если планета Земля действительно представляет собой живое существо астрономических масштабов, то не подчиняется ли эволюция жизни на ней и все процессы жизнедеятельности какой-то генетической программе, на которую накладывается совокупность случайных факторов космического плана? Вполне возможно, что практически любой эволюционный процесс можно рассматривать как единство предопределенности (генетической программы) и случайности.

При таком подходе следует признать некоторую предопределенность и неизбежность экологических катастроф, знаменующих смену фаз генетической программы. Смерть на Земле также оказывается запрограммированной. Если бы не было смерти, не было бы и эволюционирующего усложнения форм жизни, направляемого генетической программой планеты. Если бы не было глобальной гибели динозавров, вряд ли Земля смогла бы усовершенствовать психику теплокровных вплоть до создания человеческого разума.

Так в чем же роль человека, цель его существования? Многие считают, что смысл жизни человека в том, чтобы непрерывно совершенствоваться. В этом есть, вероятно, доля истины. Тем не менее, само понятие смысла жизни определено только по отношению к метасистеме, частью которой является человек. Смысл существования какой-либо клетки моего организма выражается той функцией, которую выполняет данная клетка в физиологических процессах организма. Смысл человеческого бытия надо искать в той роли, которую отвела нам планета в своей жизни.

В свете вышесказанного Землю можно рассматривать как космический цветок. То есть на определенном этапе своего роста Земля расцвела цветом жизни, цель которой, с одной стороны, породить семена новой жизни, с другой стороны, «опылить» другие подобные цветы пыльцой, несущей в себе генетическую информацию.

43

Именно человек, по-видимому, призван стать основой подвижного носителя информации, способного перенести эту информацию на другие космические тела. Именно поэтому его языческая идеология поклонения природным силам планеты (детство человечества) постепенно сменяется верой в Высшую Сущность, единую для всей Вселенной, мечтой о дальних мирах, стремлением выйти в Космос. Образно говоря, после созревания, космическая пыльца должна оторваться от цветка сначала в мечтах и фантазии, а затем в физической реальности. Для этого ей предстоит сначала ощутить «голос цветочной поляны», чтобы войти в гармонию с ней.

Не хотелось бы, чтобы после того, как мы покинем Землю, цветок жизни на ней увял. В любом случае пока еще рано говорить о готовности человека к несению своей вселенской миссии. Поэтому современная экологическая катастрофа - это лишь один из этапов «роста» планеты, а не увядание космического цветка.

Вывод:

Тот, кто "угадает" правильный образ жизни в совершенно новых условиях, тот обеспечит себе будущее. И тогда наступит эпоха мощного броска вперед, новый "золотой век" нового человечества.

Вопросы для самоконтроля

1.Теории появления жизни на Земле.

2.Основные этапы эволюции жизни на Земле.

3.Характерные черты эволюционного процесса.

4.Понятие агрегации.

5.Дать понятие мутации и мутовки.

6.Современное состояние человеческой цивилизации.

7.Закон максимизации энергии как частный закон, которому подчиняется эволюция биосистем Земли.

8.Агрегация как механизмом формирования иерархической лестницы природных систем.

9.Что понимается под организмом?

10.Понятие и примеры социальных систем.

11.Что понимается под биополем?

12.Гипотеза о биополевой структуре социальных систем и планеты. 13.Генетическая гипотеза эволюции планеты.

44

Часть II Биоэкология

Лекция 6. Системность в экологии. Биосфера. Экосистемы.

Цель: Спустимся с высот глобальных вопросов общей теории жизни к вопросам земным и частным. И в первую очередь познакомимся с современным состоянием теории биосферы, как первой и, наверное, самой сложной и активной в плане проявлений жизни подсистемой планеты.

6.1 Теория биосферы

В современной науке под биосферой понимают глобальную экосистему, объединяющую в себе практически все вещество верхних слоев планеты, включая толщи осадочных пород литосферы, вплоть до озонового слоя атмосферы.

Определение биосферы согласно экологическому словарю:

Оболочка земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

Структура биосферы:

1)тропосфера – воздушная среда - нижняя часть атмосферы, 10-15км в высоту;

2)гидросфера – водная среда, до 12 км в глубину;

3)литосфера – значительная часть твердой оболочки земли, до 2-5 км в глубину.

Понятие биосфера было введено в 1875 году австрийским ученым-

геологом Э.Зюссом. Зюсс понимал под биосферой все пространство атмосферы, гидросферы и литосферы, где встречаются живые организмы.

Но наибольшее развитие это понятие получило в трудах нашего соотечественника академика Владимира Ивановича Вернадского, который, по сути дела, создал новую науку – теорию биосферы. Под биосферой он понимал

все пространство литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются организмы или продукты их жизнедеятельности и которое обладает антиэнтропийными свойствами.

Основные положения теории Вернадского, в принципе, можно вывести как следствия из положений общей теории жизни. Но исторически именно они были открыты первыми, причем в те времена это были очень смелые выводы,

благодаря которым теория жизни вышла на новый, более высокий уровень понимания природы как единого целого. Рассмотрим только некоторые из этих положений, которые наиболее полно характеризуют теорию биосферы:

1)жизнь есть неизбежное следствие мирового эволюционного процесса, любые теории случайного зарождения жизни не выдерживают критики;

2)возникновение Земли как космического тела и появление на ней жизни произошло практически одновременно, следы жизни обнаруживаются в самых глубоких геологических слоях;

45

3)наша планета и космос есть единая система, в которой жизнь связывает все процессы в единое целое;

4)жизнь является главной геологической силой на планете. Не вулканизм

ине физико-химические процессы выветривания определяют эволюцию верхних слоев литосферы, а первостепенную преобразующую роль играют именно живые организмы и обусловливаемые ими механизмы разрушения горных пород, круговороты веществ, изменения водной и атмосферной оболочек Земли. Весь лик Земли, ее ландшафты, химизм океана, структура атмосферы - это порождение жизни;

5)человек есть неизбежное следствие эволюции планеты, на которого возложена определенная роль в жизни планеты;

6)однажды развитие биосферы и человеческого общества сделается неразрывным, и биосфера перейдет в новое состояние - ноосферу (сфера разума).

В общепринятом сейчас понимании под ноосферой подразумевают такое состояние взаимоотношений человека и природы, в котором развитие планеты будет подчинено управляющей силе Разума Человека в интересах Человека. Действительно, человеку в организме биосферы, по крайней мере на современном этапе эволюции планеты, отводится, по-видимому, роль подсистемы, координирующей внутренние процессы биосферы. Особый интерес вызывает точка зрения Пьера Тейяра де Шардена, близкого друга Вернадского, епископа и одновременно ученого-эволюциониста. Он предложил использовать термин ноосфера для обозначения особого этапа эволюции

планеты, на котором человеческий разум, слившийся с биосферой в единое целое, породит особое эмерджентное качество - сверхразум планеты, что

знаменует собой “прорыв” в самоосознании планетой себя как личности (если этого еще не произошло).

Основные свойства биосферы.

1. Биосфера – это централизованная система. Центральным ее звеном выступают все живые организмы (живое вещество), в том числе и человек.

2. Биосфера – это открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне, прежде всего от Солнца. Однако разного рода космические излучения также вероятно поставляют на Землю какие-то энергии, о влиянии которых можно пока лишь догадываться.

3. Биосфера – это саморегулирующаяся система. Это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность гасить возникающие возмущения и приходить в исходное состояние включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями.

4. Биосфера – это система, характеризующаяся большим разнообразием. Это повышает ее устойчивость. В настоящее время описано около 2 млн. видов живых организмов. Полагают, что их на Земле в 2-3 раза больше. К настоящему времени арену биосферы оставили более 95% существовавших когда-то видов. Вся деятельность человека без исключения подчинена упрощению экосистем любого ранга, то есть уменьшению разнообразия видов. Так мы засеваем

46

огромные площади монокультурами, тратя при этом огромные средства на борьбу с природой, пытающейся восстановить разнообразие видов на данных территориях путем одновременного засевания их семенами “диких” растений, которых мы относим в разряд сорняков. Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации. Они позволяют в короткое время получить большой объем продукции. Плата за это снижение устойчивости экосистем, их распад и деградация среды.

5. Наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ. Это гарантирует неисчерпаемость отдельных химических соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан весь углерод. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов. Как говорил академик-почвовед В.Р.Вильямс, есть единственный способ сделать какой-либо процесс бесконечным - пустить его по пути круговоротов.

Современное состояние биосферы определяется в большей степени деятельностью человека. С каждым годом воздействие человека на природу становится все более масштабным. Примером тому может служить возросшее количество природных катаклизмов на планете, что является прямым следствием нашей жизнедеятельности.

Что мы имеем в настоящее время?

Пища отравлена пестицидами, нитратами и мясом больных животных; кислотные дожди угрожают природе; происходит эрозия почвы, которая ведет к опустыниванию земель; вырубаются леса; осушаются болота;

увеличивается парниковый эффект – скорость его распространения в 40 раз больше, чем лет 10 тому назад;

возникли озоновые дыры; многие из ресурсов на планете истощены;

происходит загрязнение всех оболочек биосферы – и литосферы, и гидросферы и тропосферы;

исамое главное – перенаселение планеты, что привело к демографическому взрыву.

А что мы хотим иметь? – все наоборот:

ичистую воду, и чистый воздух, и экологически чистые продукты питания,

иплодородную почву, отсутствие грязи и отходов, и обширные пространства с богатым животным и растительным миром и т. д.

Китайская поговорка гласит: «если не получаешь желаемого, измени свои действия». Это призыв к Вам молодым.

6.2 Понятие экосистемы

Определение экосистемы:

Совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и окружающей средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время.

47

Под видом понимается – определенная категория растений, животных и микробов. Наиболее четкий критерий вида – способность к взаимному скрещиванию составляющих его особей. Потомство получается того же вида.

Примеры экосистем - лиственные леса, хвойные леса, степи, пустыни, тундра, реки, леса, озера и т.д.

Каждая экосистема характеризуется особым растительным сообществом, которому характерен особый набор животных и микроорганизмов.

Все экосистемы можно разделить по рангам:

1) микроэкосистемы - лужа, гниющий пень, аквариум в квартире и даже капля воды и т.п.;

2)мезоэкосистемы - лес, озеро, река, небольшой остров и т.п.;

3)макроэкосистемы - море, океан, континент, большой остров и т.п.;

4)глобальная экосистема - биосфера в целом.

Крупные экосистемы называют биомами.

Кроме приведенной классификации экосистем в экологии традиционно

рассматривается еще понятие биогеоценоза, которое близко по смыслу к понятию экосистемы.

Биогеоценоз - это частный случай крупной экосистемы, охватывающей, как правило. значительную территорию, предполагающий обязательное наличие в качестве основного звена растительности, то есть фитоценоза, обеспечивающего данную экосистему поступлением первичной энергии (информации).

В составе любой экосистемы обычно выделяют два блока: биоценоз и экотоп. Биоценоз состоит из взаимосвязанных организмов разных видов, которые входят в него не отдельными особями, а популяциями. Частный случай биоценоза - сообщество, оно может объединять только часть видов биоценоза (например, растительное сообщество). Под экотопом понимают среду обитания данного биоценоза. Это может быть территория данного биогеоценоза, характеризующаяся определенным составом слагающих ее геологических пород.

Основные свойства экосистем:

1)способность осуществлять круговорот веществ;

2)способность противостоять внешним воздействиям;

3)способность производить биологическую продукцию. Особенности экосистем:

1.Тесная взаимосвязь и взаимозависимость всех звеньев как биотических, так и абиотических.

Так, например, попытка избавиться от “вредных” с точки зрения человека насекомых или животных в какой-либо экосистеме может привести к непредсказуемым последствиям вплоть до гибели данной экосистемы. Достаточно вспомнить широкомасштабную эпопею с отстрелом волков в наших лесах. Это теперь мы называем волков санитарами леса. Как всегда учимся на ошибках. Другой пример - уничтожение воробьев в Китае.

Есть и более тонкие механизмы, которые мы разрушаем, даже не замечая этого, что приводит впоследствии к большим неприятностям. Примером может

48

служит парадоксальная локальная сейсмическая активность в Москве, приводящая к катастрофам в метро и в коммуникациях, к разрушению дорог и домов, нередко с человеческими жертвами. Одной из причин является то, что малые реки и ручьи, русла которых были вовсе не случайными, ныне загнаны в трубы. Если раньше они ослабляли напряжения между геологическими плитами, на которых стоит город, то теперь эти напряжения постоянно накапливаются и, в конце концов, ослабляются, но уже с использованием катастрофических механизмов.

2. Сильные положительные и отрицательные обратные связи.

Пример положительной обратной связи - заболачивание территории после вырубки леса. Это ведет к уплотнению почвы, следовательно, к накоплению воды и росту растений - влагонакопителей, к обеднению кислородом, а значит, к замедлению разложения растительных остатков, накоплению торфа и дальнейшему усилению заболачивания.

Пример отрицательной (стабилизирующей) обратной связи - взаимоотношение между хищником и жертвой, например, между рысями и зайцами: рост количества зайцев способствует росту численности рысей, но чрезмерное количество рысей сокращает поголовье зайцев, после чего численность рыси также сокращается. В естественных условиях данная система достаточно быстро стабилизируется.

3. Явно выраженная эмерджентность.

Известны попытки насадить леса в зонах, для которых они мало характерны, например в степи. Деревья почему-то не приживались. Успеха удавалось добиться только после того, как на место посадки завозили почву из лесов, богатую грибницей. Нити грибницы опутывают корни, образуя с ними симбиоз - микрозу. Грибы при взаимодействии с тканью корня образуют своего рода “сложные органы”, повышающие способность растения извлекать из почвы питательные вещества. В свою очередь грибы получают некоторые продукты фотосинтеза растений. Поток энергии через микрозу является одним из главных элементов пищевой цепи и дерева и грибницы. Многие деревья не могут расти без микрозы.

Лес - это не просто много деревьев, это живая система с большим количеством эмерджентных свойств, способная изменять среду вокруг себя. Высокий коэффициент эмерджентности (степень органичности, неразрывности внутренних связей, невозможности разложить на составляющие) повышает устойчивость экосистемы и ее способность к саморегулированию.

6.3 Законы Коммонера

Видный американский эколог Б.Коммонер обобщил системность в экологии в виде четырех законов. Их соблюдение - обязательное условие любой деятельности человека в природе. Эти законы являются следствием тех основных принципов общей теории жизни, о которых говорилось в предыдущих главах.

1. Все связано со всем. Любое изменение, совершаемое человеком в

природе, вызывает цепь последствий, как правило, неблагоприятных.

49

По сути дела, это одна из формулировок принципа единства Вселенной. Надежды на то, что какие-то наши действия, особенно в сфере современного производства, не вызовут серьезных последствий, если мы проведем ряд экозащитных мероприятий, во многом утопичны. Это способно лишь несколько успокоить ранимую психику современного обывателя, отодвигая в будущее более серьезные изменения в природе. Так мы удлиняем трубы наших ТЭЦ, считая, что при этом вредные вещества более равномерно рассеются в атмосфере и не приведут к серьезным отравлениям среди окрестного населения. А кислотные дожди могут пройти совсем в другом месте и даже в другой стране. Не надо забывать, что нашим домом является вся планета.

2.Все должно куда-то деваться. Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде "экологического бумеранга".

Планета стала слишком тесной для нас. Она уже не справляется с силой антропогенного воздействия на нее. Любое наше вмешательство в природу возвращается к нам повышенными проблемами. На фоне этого рождаются различные “смелые” проекты утилизации наших отходов, особенно радиоактивных, в космосе, на других планетах, предлагают даже отправлять их на Солнце. К счастью у этих проектов имеется огромное количество оппонентов. Потому что второй закон Коммонера никто не отменял. Мы пока еще даже не представляем, какими могут конкретные механизмы “экологического бумеранга” в случае попытки “загрязнить Солнце”. Но лучше даже не пытаться.

3.Природа знает лучше. Действия человека должны быть направлены не на покорение природы и преобразование ее в своих интересах, а на адаптацию к ней.

Это одна из формулировок принципа оптимальности. В совокупности с принципом единства Вселенной он приводит к тому, что Вселенная в целом предстает как единый живой организм. Деятельность человека только тогда будет оправдана, когда мотивация наших поступков будет определяться в первую очередь той ролью, для выполнения которой мы были созданы природой, когда потребности природы будут иметь для нас большее значение, чем личные нужды, когда мы будем в состоянии во многом безропотно ограничить себя во благо процветания планеты.

4.Ничего не дается даром. Если мы не хотим вкладывать средства в охрану природы, то придется платить здоровьем, как своим, так и потомков.

Вопрос об охране природы очень сложен. Ни одно наше воздействие на природу не проходит бесследно, даже если выполнены, казалось бы, все требования экологической чистоты. Хотя бы потому, что развитие экозащитных технологий требует высококачественных источников энергии. Даже если сама энергетика перестанет загрязнять биосферу вредными веществами, все равно остается нерешенным вопрос теплового загрязнения. Согласно второму закону термодинамики, любая порция энергии, претерпев ряд превращений, рано или поздно перейдет в тепло.

50

Как правило, мы высвобождаем энергию, накопленную когда-то разными формами вещества. Это гораздо дешевле, чем улавливать рассеянную энергию Солнца, но напрямую ведет к нарушению теплового баланса планеты. Не случайно средняя температура в городах на 2-3 (а иногда и больше) градуса выше, чем за пределами города в той же местности. Рано или поздно этот “бумеранг” к нам вернется.

Поэтому должен измениться сам подход к понятию экологической чистоты и любые вложения средств в охрану природы должны приветствоваться. Пусть методом проб и ошибок, но мы должны найти способы гармоничного интегрирования своего производства с биосферой планеты. И на первый план в мотивации человека должно выйти не получение наибольшей прибыли с меньшими затратами, а гармоничность производства, где определяющую роль будет играть не рост личного дохода разработчика или производителя, а чистота их совести, степень осознания их ответственности перед природой. Пока еще это звучит довольно утопично. Но уже сейчас разработка мероприятий по обеспечению экологической чистоты при проектировании некоторых производств составляет основную долю расходов. Создано и развивается интересное направление в проектировании, получившее название

“Разработка благодатных технологий”. Здесь основным критерием оптимальности принимаемого решения выступает не какой-то технический или экономический показатель, а совесть разработчика. Насколько все это жизнеспособно, покажет будущее. Но без подобного рода поиска нового мировоззрения человек обречен.

Выводы:

1.Соблюдение законов Коммонера - обязательное условие любой деятельности человека в природе. Эти законы являются следствием основных принципов общей теории жизни.

2.Чистота совести каждого человека, степень осознания каждым из нас ответственности перед природой должны изменить сам подход к понятию экологической чистоты.

3. Быстрейший поиск и выработка нового мировоззрения видимо может помочь человечеству в предотвращении экологической катастрофы.

Вопросы для самоконтроля

1.Пояснить суть популяционного и экосистемного подходов в экологии.

2.Особенности экосистем.

3.Законы Коммонера.

4.Некоторые положения теории Вернадского, которые наиболее полно характеризуют биосферу.

5.Основные свойства биосферы.

51