"Экология жизни"

Экология вызывает в настоящее время особый интерес как в различных естественно-научных дисциплинах, так и в гуманитарном знании. Интегрирующее направление в этой науке связано с исследованием гармоничных взаимодействий системы и окружающей среды и с исследованием экосистем. Подобное направление хорошо коррелирует с концепцией относительных равновесий в природе. Можно даже сказать, что относительные идеи экологии основаны на относительных равновесиях. Экология – одна из наук биосферного класса, которые получили широкое распространение в современном естествознании, поскольку в ней равновесные взаимодействия природной системы и окружающей среды принимаются в качестве исходного понятия.

Экология рассматривается в свете основных принципов естествознания. Возможность подойти к экологии как к науке, изучающей экосистемы, существует благодаря развитию системного метода исследований. Для эффективного использования этого метода необходимо расширить представления об основных понятиях данной науки, основываясь прежде всего на таких, как "адаптация", "экосистема", "экологическое равновесие", "экологическая ниша".

Сам термин "экосистема" введен А. Тенсли в 1935 г. Экосистема слагается из всех организмов, обитающих в данной местности и зависящих друг от друга в различных отношениях, и из окружающей эти элементы физической и химической среды. Выделение в ландшафте различных экосистем осуществляется достаточно произвольно. Четкие границы между ними встречаются редко. Процессы в одной экосистеме затрагивают и другую. Круговороты воды обеспечивают связь между экосистемами воды и суши. Следовательно, все экосистемы взаимосвязаны и образуют в своей совокупности единое целое – биосферу.

Важной разновидностью экосистем можно считать экосистему человека, под которой понимаются отдельные люди вместе со своими культурными растениями и домашними животными. Каждый организм может жить, только взаимодействуя со своим окружением в рамках экосистемы. Устойчивые экосистемы – основное условие устойчивости жизни на Земле. В каждой экосистеме выделяют два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Первые (совокупность организмов – растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Развитие представлений об экологии как науке об экосистемах позволяет сформулировать три основных принципа функционирования экосистем (Н.Ф. Реймерс).

1. Получение ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов.

2. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно в пределах экосистем и избыточно.

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический (пищевой) уровень.

Первый принцип хорошо гармонирует с законом сохранения массы. Поскольку атомы не исчезают, не возникают и не превращаются один в другой, постольку они могут использоваться бесконечно в самых различных соединениях и запас их никогда не истощится.

Второй принцип делает акцент на основном факторе, который обеспечивает устойчивость процессов взаимодействия экосистем с окружающей их средой. Количество солнечной энергии, достигающей земной поверхности, является постоянной величиной и может служить наглядным примером природных равновесий. Второй принцип органически вписывается в основополагающие принципы современного естествознания, он хорошо коррелирует с концепцией относительных равновесий природы.

Третий принцип связан с принципом дополнительности. Одной из важнейших форм энергетических потоков в экосистемах являются пищевые цепи. Исходная причина всех этих потоков – солнечное излучение, практическое их воплощение характеризуется особыми механизмами.

В природе существуют два типа процессов: первый – экологическое равновесие и закономерные изменения среды; второй – экологическое равновесие организмов во времени. Исследование экосистем ведется прежде всего в рамках исследования биогеоценозов. Здесь основную роль сыграли В.Н. Сукачев, который в 1940 г. ввел само понятие "биогеоценоз", и Н.В. Тимофеев-Ресовский, предложивший разделять экосистемы на типы: биотропные, недотропные, гидротропные и эквитропные. В основе этого разделения лежат различия в накопительных способностях биомассы, содержащейся в почвах, грунтах водоемов, илах. Биомасса является мощным накопителем многих элементов, и именно этим объясняются интенсивность миграции элементов и условия ускорения и замедления этой миграции.

Понятия "экосистема" и "адаптация" тесно связаны между собой. Они ориентированы на совместное рассмотрение понятий "система" и "среда", их влияния друг на друга. Экологическое равновесие обеспечивает в природе устойчивость существования совокупности животных, растительных организмов и человека. В основе экологического равновесия лежит относительное постоянство круговорота веществ в каждой конкретной экосистеме. В связи с этим уместно подчеркнуть, что простые системы экологически нестабильны и, наоборот, разнообразие – залог стабильности.

Прибавление особей обусловливается биотическим потенциалом, их гибель – сопротивлением среды. Подобное равновесие называют динамическим, так как параметры сопротивления редко подолгу остаются неизменными. Размер популяций является результатом динамического равновесия между их биотическим потенциалом и сопротивлением среды.

Нечто подобное можно сказать и относительно вида. Основным условием, определяющим жизнеспособность вида, является его способность устанавливать и поддерживать равновесие с другими видами в пределах экосистемы, обеспечивающей эффективный круговорот биогенов и устойчивый поток энергии. Что касается человечества, то оно имеет дело с промежуточными равновесиями и не достигло еще собственного популяционного равновесия, которое можно считать исходным для построения остальных равновесий.

Выделенный нами подход к экологическим проблемам иллюстрируется рядом важнейших экологических принципов и законов.

Отметим правило В. Шелфорда, согласно которому процветание популяции зависит от комплекса экологических факторов, каждому из которых соответствует определенный диапазон выносливости (толерантности). К этому правилу примыкает закон Ю. Либиха, который сформулировал его применительно к сельскохозяйственным культурам: вещество, имеющееся в минимальном объеме, определяет урожай, а также величину и устойчивость последнего во времени. Обычно правило Шелфорда объединяется с законом Либиха в принцип лимитирующих факторов. К этим законам следует добавить правило А. Мичерлиха: продуктивность биологической системы определяется всей совокупностью действующих экологических факторов. Это правило может рассматриваться как поправка к закону Либиха. В основе данного правила лежит математическая формула, описывающая совокупное действие экологических факторов и их взаимодействие. В 1918 г. правило было дополнено математической формулой и преобразовано Б. Бауле в закон совокупного действия Мичерлиха–Бауле.