Страница:
Признание современной наукой парадигмы нелинейного мышления знаменует конец представления о всесилии знания и возможности предсказания даже в случае полного понимания структуры системы.
Решения, найденные природой за миллионы лет, оптимальны и имеют громадную ценность. Попытки перекроить природу в угоду потребностям человека в конечном счете приводят к созданию искусственных экосистем с энергетической эффективностью, гораздо меньшей, чем у природных.
Примерами нелинейных моделей при описании разнообразных живых существ и их адаптации к изменениям среды обитания являются наличие порогов чувствительности к внешним воздействиям, парадоксальные реакции на сверхмалые дозы различных средовых воздействий, явления кумулятивного и синергетического интегрального действия многочисленных факторов среды на организмы. Гомеостаз организма может быть представлен как система колебательных процессов. Способность к адаптации, реакция на стресс, реакция тренировки характеризуются нелинейными дозовыми зависимостями.
Необходимость изучения и описания систем с нелинейным поведением или с нелинейной динамикой в начале 70-х годов XX в. привела к возникновению особого междисциплинарного направления научных исследований, сформировавшегося в комплексную науку – синергетику[5] (от греч. synergeia – совместный, согласованно действующий). Синергетика исследует процессы самоорганизации в системах различной природы и прежде всего в живых. Под самоорганизацией понимают процессы возникновения пространственно-временных структур в сложных нелинейных системах, находящихся в состояниях, далеких от равновесия, при достижении ими особых критических точек – т о ч е к б и ф у р к а ц и и. В этих случаях поведение живых систем становится неустойчивым. В точках бифуркации система под воздействием незначительных флуктуаций (случайных отклонений какого-либо фактора) может резко изменить свое состояние. В эти переломные моменты принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли система хаотичной или она перейдет на новый, более высокий уровень организации.
Формирование синергетики связано с работами И. Р. Пригожина, известными как «теория диссипативных систем[6]».
Аттрактор – (от лат. attrahere – притягивать, привлекать) – одно из ключевых в синергетике понятий, которое означает относительно стабильное состояние, как бы притягивающее к себе все множество возможных состояний системы, задаваемых начальными условиями.
Другое ключевое понятие синергетики – параметры порядка – немногочисленные параметры, через поведение которых можно описать поведение весьма сложной системы. Такими параметрами порядка в экологии биосферы являются, во-первых, установившиеся за миллионы лет круговороты биогенов, а во-вторых, энергетические связи в масштабах всей Земли, которые образуют цикл от первичных продуцентов до деструкторов. Подробное рассмотрение всех этапов глобального круговорота (см. разд. 6.3) демонстрирует наличие не просто кольца связей, а разветвленной сети из огромного количества разнообразных подсистем. Этим и объясняется устойчивость всей системы в целом.
В современной биологии доказано, что чем более устойчива система, т. е. чем разнообразнее ее элементы (живые организмы, биоценозы, экосистемы, из которых складывается биосфера Земли) и чем разнообразнее связи между ними, тем больше вероятность того, что система (биосфера Земли) не подвергнется окончательному (катастрофическому) разрушению по какой-либо причине.
Однако окончательный переход системы в кризисное или катастрофическое состояние зависит от силы воздействия, выводящей систему в состояние неустойчивости. Подробно этот вопрос с учетом развития цивилизации и роста населения Земли рассмотрен в гл. 8.
Математические модели и качественные понятия применимы к развитию представлений не только об экологических кризисах и катастрофах, но и об экологическом риске (Г. А. Ягодин, Г. Г. Малинецкий, В. А. Легасов и др.).
Состояние неустойчивости, характеризующее чувствительную к флуктуациям систему, необходимо для любого процесса развития, ибо смена точек бифуркации и периодов более или менее устойчивого развития есть природная закономерность. Она лежит в основе эволюции биосферы, процессов онтогенеза (индивидуального развития) организма, а также и социального развития общества.
Если внешнее возмущение слишком велико, система с некоторым запаздыванием покидает свои пределы толерантности (устойчивости, см. разд. 3.2.2) и прекращает существование. Изучение критических возмущений важно не только для исключения фатального антропогенного воздействия, но и для предотвращения опасного сочетания возмущений, так как для биосферы в ответ на сочетание многих воздействий характерны синергетические (интегральные) эффекты. Техногенные воздействия на природу медленно, но верно изменяют природные сообщества: снижая видовое разнообразие, уменьшают диапазон их толерантности.
История Земли знает ряд экологических кризисов и катастроф. Одна из экологических катастроф, вероятно, была связана с накоплением кислорода в океане и атмосфере. При этом произошло массовое вымирание анаэробных организмов. Другие доантропогенные катастрофы преимущественно происходили при изменениях климата, и, как следствие, менялись растительность и животный мир. При катастрофах в периоды горообразования и изменения климата вымирало до 50 % живого на Земле. Однако эти процессы длились тысячи и миллионы лет, и к ним биосфера успевала приспособиться путем естественного отбора.
Самоускорение научно-технического прогресса и его пагубное влияние на биосферу Земли, так же как и рост численности населения, описывает синергетическая модель С. П. Курдюмова («режим с обострением» или самоускоряющийся процесс с положительными обратными связями).
Антропогенный фактор, вызывающий разрушение биосферы, является флуктуацией, вызванной популяционным взрывом. Система «общество – природа» по теории И. Р. Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не должен означать переход ее в хаотическое состояние. Бифуркация – это толчок к развитию биосферы по новому, совершенно неведомому нам пути. О судьбе биосферы в будущем беспокоиться не следует, вероятнее всего она продолжит свое развитие. Однако место и роль человека при этом непредсказуемы.
В интересах современного человечества – не доводить дело до крайности (до точки бифуркации), а постараться сохранить биосферу в современном привычном человеку состоянии.
1.3.2. Экология в системе естественных наук и ее структура
1.3.3. Экология как мировоззрение
1.4. Экологические проблемы России
Контрольные вопросы и задания
ГЛАВА 2
2.1. Состав клетки
Решения, найденные природой за миллионы лет, оптимальны и имеют громадную ценность. Попытки перекроить природу в угоду потребностям человека в конечном счете приводят к созданию искусственных экосистем с энергетической эффективностью, гораздо меньшей, чем у природных.
Примерами нелинейных моделей при описании разнообразных живых существ и их адаптации к изменениям среды обитания являются наличие порогов чувствительности к внешним воздействиям, парадоксальные реакции на сверхмалые дозы различных средовых воздействий, явления кумулятивного и синергетического интегрального действия многочисленных факторов среды на организмы. Гомеостаз организма может быть представлен как система колебательных процессов. Способность к адаптации, реакция на стресс, реакция тренировки характеризуются нелинейными дозовыми зависимостями.
Необходимость изучения и описания систем с нелинейным поведением или с нелинейной динамикой в начале 70-х годов XX в. привела к возникновению особого междисциплинарного направления научных исследований, сформировавшегося в комплексную науку – синергетику[5] (от греч. synergeia – совместный, согласованно действующий). Синергетика исследует процессы самоорганизации в системах различной природы и прежде всего в живых. Под самоорганизацией понимают процессы возникновения пространственно-временных структур в сложных нелинейных системах, находящихся в состояниях, далеких от равновесия, при достижении ими особых критических точек – т о ч е к б и ф у р к а ц и и. В этих случаях поведение живых систем становится неустойчивым. В точках бифуркации система под воздействием незначительных флуктуаций (случайных отклонений какого-либо фактора) может резко изменить свое состояние. В эти переломные моменты принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли система хаотичной или она перейдет на новый, более высокий уровень организации.
Формирование синергетики связано с работами И. Р. Пригожина, известными как «теория диссипативных систем[6]».
Аттрактор – (от лат. attrahere – притягивать, привлекать) – одно из ключевых в синергетике понятий, которое означает относительно стабильное состояние, как бы притягивающее к себе все множество возможных состояний системы, задаваемых начальными условиями.
Другое ключевое понятие синергетики – параметры порядка – немногочисленные параметры, через поведение которых можно описать поведение весьма сложной системы. Такими параметрами порядка в экологии биосферы являются, во-первых, установившиеся за миллионы лет круговороты биогенов, а во-вторых, энергетические связи в масштабах всей Земли, которые образуют цикл от первичных продуцентов до деструкторов. Подробное рассмотрение всех этапов глобального круговорота (см. разд. 6.3) демонстрирует наличие не просто кольца связей, а разветвленной сети из огромного количества разнообразных подсистем. Этим и объясняется устойчивость всей системы в целом.
В современной биологии доказано, что чем более устойчива система, т. е. чем разнообразнее ее элементы (живые организмы, биоценозы, экосистемы, из которых складывается биосфера Земли) и чем разнообразнее связи между ними, тем больше вероятность того, что система (биосфера Земли) не подвергнется окончательному (катастрофическому) разрушению по какой-либо причине.
Однако окончательный переход системы в кризисное или катастрофическое состояние зависит от силы воздействия, выводящей систему в состояние неустойчивости. Подробно этот вопрос с учетом развития цивилизации и роста населения Земли рассмотрен в гл. 8.
Математические модели и качественные понятия применимы к развитию представлений не только об экологических кризисах и катастрофах, но и об экологическом риске (Г. А. Ягодин, Г. Г. Малинецкий, В. А. Легасов и др.).
Состояние неустойчивости, характеризующее чувствительную к флуктуациям систему, необходимо для любого процесса развития, ибо смена точек бифуркации и периодов более или менее устойчивого развития есть природная закономерность. Она лежит в основе эволюции биосферы, процессов онтогенеза (индивидуального развития) организма, а также и социального развития общества.
Если внешнее возмущение слишком велико, система с некоторым запаздыванием покидает свои пределы толерантности (устойчивости, см. разд. 3.2.2) и прекращает существование. Изучение критических возмущений важно не только для исключения фатального антропогенного воздействия, но и для предотвращения опасного сочетания возмущений, так как для биосферы в ответ на сочетание многих воздействий характерны синергетические (интегральные) эффекты. Техногенные воздействия на природу медленно, но верно изменяют природные сообщества: снижая видовое разнообразие, уменьшают диапазон их толерантности.
История Земли знает ряд экологических кризисов и катастроф. Одна из экологических катастроф, вероятно, была связана с накоплением кислорода в океане и атмосфере. При этом произошло массовое вымирание анаэробных организмов. Другие доантропогенные катастрофы преимущественно происходили при изменениях климата, и, как следствие, менялись растительность и животный мир. При катастрофах в периоды горообразования и изменения климата вымирало до 50 % живого на Земле. Однако эти процессы длились тысячи и миллионы лет, и к ним биосфера успевала приспособиться путем естественного отбора.
Самоускорение научно-технического прогресса и его пагубное влияние на биосферу Земли, так же как и рост численности населения, описывает синергетическая модель С. П. Курдюмова («режим с обострением» или самоускоряющийся процесс с положительными обратными связями).
Антропогенный фактор, вызывающий разрушение биосферы, является флуктуацией, вызванной популяционным взрывом. Система «общество – природа» по теории И. Р. Пригожина, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не должен означать переход ее в хаотическое состояние. Бифуркация – это толчок к развитию биосферы по новому, совершенно неведомому нам пути. О судьбе биосферы в будущем беспокоиться не следует, вероятнее всего она продолжит свое развитие. Однако место и роль человека при этом непредсказуемы.
В интересах современного человечества – не доводить дело до крайности (до точки бифуркации), а постараться сохранить биосферу в современном привычном человеку состоянии.
1.3.2. Экология в системе естественных наук и ее структура
Современная экология – это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов и так же, как и другие организмы, не может существовать без биоты, т. е. без совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые и составляют среду обитания человечества.
Экологические системы, как и живые системы других уровней организации, являются весьма сложными, характеризуются нелинейной динамикой и их поведение в математических моделях описывают такие современные науки, как динамическая теория систем и синергетика. В моделировании экосистем определенную роль сыграли также представления кибернетики (науки об управлении) о теории регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях.
В наше время термином «экология» все чаще обозначают совокупность взаимоотношений природы и общества. Рассматривая структуру современной экологической науки, примерно соответствующую структуре естественнонаучной дисциплины в высших учебных заведениях, можно выделить три основные ветви экологии.
Первая ветвь. Общая экология, или биоэкология, – это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:
• аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания (см. гл. 2, 3 и разд. 8.1);
• демэкологию или экологию популяций (см. гл. 4 и разд. 8.2);
• синэкологию, т. е. экологию сообществ (см. гл. 5);
• экосистемную и биосферную экологию (см. гл. 6, 7).
Вторая ветвь. Геоэкология – это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия (см. разд. 7.2), геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы.
Третья ветвь. Прикладная экология – это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы (см. разд. 8.3, гл. 9 и 10).
Экологические системы, как и живые системы других уровней организации, являются весьма сложными, характеризуются нелинейной динамикой и их поведение в математических моделях описывают такие современные науки, как динамическая теория систем и синергетика. В моделировании экосистем определенную роль сыграли также представления кибернетики (науки об управлении) о теории регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях.
В наше время термином «экология» все чаще обозначают совокупность взаимоотношений природы и общества. Рассматривая структуру современной экологической науки, примерно соответствующую структуре естественнонаучной дисциплины в высших учебных заведениях, можно выделить три основные ветви экологии.
Первая ветвь. Общая экология, или биоэкология, – это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:
• аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания (см. гл. 2, 3 и разд. 8.1);
• демэкологию или экологию популяций (см. гл. 4 и разд. 8.2);
• синэкологию, т. е. экологию сообществ (см. гл. 5);
• экосистемную и биосферную экологию (см. гл. 6, 7).
Вторая ветвь. Геоэкология – это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия (см. разд. 7.2), геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы.
Третья ветвь. Прикладная экология – это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы (см. разд. 8.3, гл. 9 и 10).
1.3.3. Экология как мировоззрение
Экологический кризис, в состоянии которого находится сейчас наша планета, является следствием не только роста населения, но и кризиса сознания. Так, если в XVIII–XIX вв. и ранее в сознании человечества преобладало понятие долга нравственного, семейного, государственного, религиозного, то в XIX–XX вв. большое распространение получили идеалы потребления, комфортабельной, приятной жизни. Человечество на этом пути не достигло счастья, однако потеряло возможность жить в ладу с природой и с самим собой.
В результате к концу XX в. термин «экология» перешагнул границы университетских аудиторий и превратился в политический лозунг и в обозначение определенного типа мировоззрения.
Для специалистов, занимающихся экологией, долгое время был неприемлем термин «окружающая среда», поскольку предметом экологии является природа, а также взаимодействия и взаимоотношения организмов в ней, но никак не среда, окружающая и обслуживающая человека.
Если большая часть XX в. прошла под флагом эйфории от технологических успехов, то теперь человек понял, что он дитя природы, а не ее хозяин и властелин; сама возможность жизни человека на планете обеспечивается сложившейся в биосфере за тысячелетия скоординированной жизнедеятельностью всех биологических видов. Такое мировоззрение может быть названо биоцентрическим, в отличие от антропоцентрического, в котором в центре природы и мироздания стоит человек, и от социоцентрического, в котором центром и целью жизни самого человека является тоталитарная социальная или производственная система.
В трудах выдающегося гуманиста XX в. А. Швейцера (1875–1965) – немецко-французского мыслителя, теолога и миссионера – биоцентрическая точка зрения выражена в словах «благоговение перед жизнью», которые, по-видимому, представляют собой единственно приемлемую этическую основу взаимоотношений человека и живой природы.
Научные представления и математические модели, которые были упомянуты ранее, послужили основанием для современной футурологии[7] и различных социально-экономических прогнозов.
В соответствии с произошедшими изменениями в мировоззрении и науке все чаще акцентируют внимание на концепции русской классической школы биологов и экологов, направленной на изучение явлений коэволюции в природе, и в том числе возможности сопряженной эволюции человека и биосферы. Эта концепция разработана в трудах В. И. Вернадского, Н. В. Тимофеева-Ресовского и философской школы русских космистов, т. е. исследователей, которые, с одной стороны, изучали естественные законы существования биосферы, а с другой стороны, философски осмысливали цель жизни человека и человечества в целом.
В результате к концу XX в. термин «экология» перешагнул границы университетских аудиторий и превратился в политический лозунг и в обозначение определенного типа мировоззрения.
Для специалистов, занимающихся экологией, долгое время был неприемлем термин «окружающая среда», поскольку предметом экологии является природа, а также взаимодействия и взаимоотношения организмов в ней, но никак не среда, окружающая и обслуживающая человека.
Если большая часть XX в. прошла под флагом эйфории от технологических успехов, то теперь человек понял, что он дитя природы, а не ее хозяин и властелин; сама возможность жизни человека на планете обеспечивается сложившейся в биосфере за тысячелетия скоординированной жизнедеятельностью всех биологических видов. Такое мировоззрение может быть названо биоцентрическим, в отличие от антропоцентрического, в котором в центре природы и мироздания стоит человек, и от социоцентрического, в котором центром и целью жизни самого человека является тоталитарная социальная или производственная система.
В трудах выдающегося гуманиста XX в. А. Швейцера (1875–1965) – немецко-французского мыслителя, теолога и миссионера – биоцентрическая точка зрения выражена в словах «благоговение перед жизнью», которые, по-видимому, представляют собой единственно приемлемую этическую основу взаимоотношений человека и живой природы.
Научные представления и математические модели, которые были упомянуты ранее, послужили основанием для современной футурологии[7] и различных социально-экономических прогнозов.
В соответствии с произошедшими изменениями в мировоззрении и науке все чаще акцентируют внимание на концепции русской классической школы биологов и экологов, направленной на изучение явлений коэволюции в природе, и в том числе возможности сопряженной эволюции человека и биосферы. Эта концепция разработана в трудах В. И. Вернадского, Н. В. Тимофеева-Ресовского и философской школы русских космистов, т. е. исследователей, которые, с одной стороны, изучали естественные законы существования биосферы, а с другой стороны, философски осмысливали цель жизни человека и человечества в целом.
1.4. Экологические проблемы России
Движение за охрану природы зародилось в России еще до 1917 г., причем существовали различные взгляды на его необходимость. Одна из концепций, основывающаяся преимущественно на эстетических и этических критериях, представлена в работах А. П. Семенова-Тянь-Шанского. Основа этой концепции – в убежденности, что человечество представляет собой элемент, само существование которого разрушает присущую природе гармонию.
В другой концепции (Г. А. Кожевникова и В. В. Станчинского) природа представлена как некая четкая структура, характеризующаяся взаимозависимостью между составляющими ее биологическими компонентами и относительной равновесностью, а цивилизация рассматривалась как нечто чуждое гармоничным и исконно существующим природным системам. Приверженцы этой концепции были глубоко обеспокоены тем, что цивилизация с большой скоростью разрушает равновесие в природных системах и рискует разрушить саму себя.
Сторонники третьей, утилитарной концепции исповедовали принцип устойчивого урожая и максимальной эффективности использования природных ресурсов. Они были склонны к узкому толкованию понятия «ресурсы» и руководствовались критериями сиюминутной хозяйственной выгоды. Живое делили на «полезное» и «вредное» и последнее обрекали на истребление. Прагматики не учитывали целостность экологических систем и были восприимчивы к целям и методам, навязываемым политическим руководством.
В первые годы советской власти возобладал экологический подход к охране природы. Были организованы заповедники, представлявшие собой уникальные учреждения с функциями центров экологических исследований, а также эталонов определенных природных зон.
Несмотря на первоначальные успехи, положение экологически ориентированной охраны природы не было по-настоящему устойчивым. Главными препятствиями стали новые приоритеты и задачи пятилетних планов. Появились идеи преобразования и покорения природы. Был сформирован образ человека как «венца эволюции». Прогресс в развитии человечества стали отождествлять с его полным господством над всем ходом жизни на планете.
Преобразовательский пафос стал проявлением крайнего антропоцентризма. Природу превратили чуть ли не в противника, которого следует победить. Результатом этого стало превращение лесозаготовительных работ в тотальное уничтожение лесных экосистем (в 1970—80-х гг.), разработка проектов по повороту рек, проведение работ по акклиматизации различных промысловых животных и по мелиорации (в частности осушению) ценных болотных экосистем, освоение целины, а также множество иных проектов, приведших к уничтожению многих естественных экосистем России.
Справедливости ради следует заметить, что многие развитые страны к середине XX в. достаточно преуспели в деле «покорения природы» как на территории своих стран, так и в колониях.
В настоящее время Россия активно участвует в работе международных конференций и организаций по охране окружающей среды, присоединилась к многочисленным международным соглашениям в этой области.
Усилиями средств массовой информации и экологов в сознание людей и в государственную практику России внедряют понятие экологической безопасности как элемента государственной и личной безопасности. Важное место в программе действий в области экоразвития занимает всеобщее экологическое образование, первостепенное значение которого, а также бытовой и производственной экологической культуры определяет следующая формула:
Анализ положения России на экологической карте мира показывает, что она является одной из восьми стран, состояние природной среды в которой определяет состояние биосферы в целом. Помимо России, к числу таких стран относят США, Японию, Германию, Китай, Индию, Индонезию и Бразилию.
Несмотря на печальные последствия проводившихся преобразований природы и длительного экстенсивного развития, в России сохранились достаточно большие нетронутые деятельностью человека экосистемы (в основном на севере ивСибири).
По современным данным ООН Россия находится на четвертом месте в мире по видовому разнообразию наземных экосистем. Она имеет 99 заповедников и 33 национальных парка (к сожалению, занимающих всего 2 % территории страны). Это – наследство будущих поколений россиян, шанс на сохранение жизнеспособности страны.
По другим важнейшим показателям состояния природной среды и человеческой популяции в России, а именно по средней продолжительности жизни и по показателю здоровья населения, страна находится на значительно более низком уровне. Экономические и социальные кризисы последних лет, низкая культура производства привели к тому, что по показателю здоровья населения Россия занимает 35—40-е место, по средней продолжительности жизни женщин – 100-е, а мужчин – 135-е место в мире.
Велико влияние на нашу страну и общепланетарных экологических проблем, таких как разрушение озонового слоя, глобальное изменение климата и т. п. Интеграция в мировые процессы, интенсивное развитие транспорта (особенно международных воздушных перевозок) из-за резко расширившихся контактов людей (деловые поездки, туризм и т. д.) привели к ускорению распространения инфекционных болезней по планете, к возможности возникновения в России эпидемий новых заболеваний.
Большой проблемой для нашей страны, отличающейся значительной территорией, стало появление в 2005 г. нового заболевания – птичьего гриппа, возможные масштабы последствий которого пока трудно оценить.
Здоровье природной среды и здоровье населения России необходимо внести в число приоритетов государственной политики нашей страны. Столь же необходимо грамотное отношение к проблемам здоровья каждого отдельного человека. Именно эти обстоятельства послужили причиной введения в программы общего обязательного образования вузов России самостоятельной дисциплины «Экология».
В другой концепции (Г. А. Кожевникова и В. В. Станчинского) природа представлена как некая четкая структура, характеризующаяся взаимозависимостью между составляющими ее биологическими компонентами и относительной равновесностью, а цивилизация рассматривалась как нечто чуждое гармоничным и исконно существующим природным системам. Приверженцы этой концепции были глубоко обеспокоены тем, что цивилизация с большой скоростью разрушает равновесие в природных системах и рискует разрушить саму себя.
Сторонники третьей, утилитарной концепции исповедовали принцип устойчивого урожая и максимальной эффективности использования природных ресурсов. Они были склонны к узкому толкованию понятия «ресурсы» и руководствовались критериями сиюминутной хозяйственной выгоды. Живое делили на «полезное» и «вредное» и последнее обрекали на истребление. Прагматики не учитывали целостность экологических систем и были восприимчивы к целям и методам, навязываемым политическим руководством.
В первые годы советской власти возобладал экологический подход к охране природы. Были организованы заповедники, представлявшие собой уникальные учреждения с функциями центров экологических исследований, а также эталонов определенных природных зон.
Несмотря на первоначальные успехи, положение экологически ориентированной охраны природы не было по-настоящему устойчивым. Главными препятствиями стали новые приоритеты и задачи пятилетних планов. Появились идеи преобразования и покорения природы. Был сформирован образ человека как «венца эволюции». Прогресс в развитии человечества стали отождествлять с его полным господством над всем ходом жизни на планете.
Преобразовательский пафос стал проявлением крайнего антропоцентризма. Природу превратили чуть ли не в противника, которого следует победить. Результатом этого стало превращение лесозаготовительных работ в тотальное уничтожение лесных экосистем (в 1970—80-х гг.), разработка проектов по повороту рек, проведение работ по акклиматизации различных промысловых животных и по мелиорации (в частности осушению) ценных болотных экосистем, освоение целины, а также множество иных проектов, приведших к уничтожению многих естественных экосистем России.
Справедливости ради следует заметить, что многие развитые страны к середине XX в. достаточно преуспели в деле «покорения природы» как на территории своих стран, так и в колониях.
В настоящее время Россия активно участвует в работе международных конференций и организаций по охране окружающей среды, присоединилась к многочисленным международным соглашениям в этой области.
Усилиями средств массовой информации и экологов в сознание людей и в государственную практику России внедряют понятие экологической безопасности как элемента государственной и личной безопасности. Важное место в программе действий в области экоразвития занимает всеобщее экологическое образование, первостепенное значение которого, а также бытовой и производственной экологической культуры определяет следующая формула:
Анализ положения России на экологической карте мира показывает, что она является одной из восьми стран, состояние природной среды в которой определяет состояние биосферы в целом. Помимо России, к числу таких стран относят США, Японию, Германию, Китай, Индию, Индонезию и Бразилию.
Несмотря на печальные последствия проводившихся преобразований природы и длительного экстенсивного развития, в России сохранились достаточно большие нетронутые деятельностью человека экосистемы (в основном на севере ивСибири).
По современным данным ООН Россия находится на четвертом месте в мире по видовому разнообразию наземных экосистем. Она имеет 99 заповедников и 33 национальных парка (к сожалению, занимающих всего 2 % территории страны). Это – наследство будущих поколений россиян, шанс на сохранение жизнеспособности страны.
По другим важнейшим показателям состояния природной среды и человеческой популяции в России, а именно по средней продолжительности жизни и по показателю здоровья населения, страна находится на значительно более низком уровне. Экономические и социальные кризисы последних лет, низкая культура производства привели к тому, что по показателю здоровья населения Россия занимает 35—40-е место, по средней продолжительности жизни женщин – 100-е, а мужчин – 135-е место в мире.
Велико влияние на нашу страну и общепланетарных экологических проблем, таких как разрушение озонового слоя, глобальное изменение климата и т. п. Интеграция в мировые процессы, интенсивное развитие транспорта (особенно международных воздушных перевозок) из-за резко расширившихся контактов людей (деловые поездки, туризм и т. д.) привели к ускорению распространения инфекционных болезней по планете, к возможности возникновения в России эпидемий новых заболеваний.
Большой проблемой для нашей страны, отличающейся значительной территорией, стало появление в 2005 г. нового заболевания – птичьего гриппа, возможные масштабы последствий которого пока трудно оценить.
Здоровье природной среды и здоровье населения России необходимо внести в число приоритетов государственной политики нашей страны. Столь же необходимо грамотное отношение к проблемам здоровья каждого отдельного человека. Именно эти обстоятельства послужили причиной введения в программы общего обязательного образования вузов России самостоятельной дисциплины «Экология».
Контрольные вопросы и задания
1.1. Что такое экология? Кто ввел в науку термин «экология»?
1.2. Перечислите этапы исторического развития экологии как науки. Какова роль отечественных ученых в ее становлении и развитии?
1.3. Кто был основателем научной систематики растений и животных?
1.4. В чем особенности современных представлений об экологии?
1.5. Какой вклад в развитие экологии внесли ученые древнего мира?
1.6. Когда впервые люди получили мощный рычаг воздействия на природу?
1.7. Почему каждому члену общества необходима экологическая культура и экологическое образование?
1.8. Чем отличается биоцентрическое и антропоцентрическое мировоззрения в экологии?
1.9. Каковы основные причины конфликта между обществом и природой в современных условиях?
1.10. Почему возрос общественный интерес к экологии в конце XX в.?
1.2. Перечислите этапы исторического развития экологии как науки. Какова роль отечественных ученых в ее становлении и развитии?
1.3. Кто был основателем научной систематики растений и животных?
1.4. В чем особенности современных представлений об экологии?
1.5. Какой вклад в развитие экологии внесли ученые древнего мира?
1.6. Когда впервые люди получили мощный рычаг воздействия на природу?
1.7. Почему каждому члену общества необходима экологическая культура и экологическое образование?
1.8. Чем отличается биоцентрическое и антропоцентрическое мировоззрения в экологии?
1.9. Каковы основные причины конфликта между обществом и природой в современных условиях?
1.10. Почему возрос общественный интерес к экологии в конце XX в.?
ГЛАВА 2
ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ
Жизнь – активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с затратой полученной извне энергии. Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней.
Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.
Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения которых определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М. В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.
Со времен Аристотеля организмы прежде всего подразделяют на растения и животных, клетки которых принципиально одинаковы. В современной науке – систематике, описывающей все разнообразие живой природы, выделяют ряд таксонов,[8] наиболее крупные из которых – бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства – типы, классы и более мелкие таксоны – группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций.
Тем не менее большинство современных ученых признает необходимость выделения таксона более высокого ранга. Это, во-первых, прокариоты (от лат. pro – перед, раньше, вместо и греч. karyon – ядро) – только одноклеточные организмы, не имеющие истинного ядра, ограниченного мембраной. К ним относятся бактерии, включая архе-и цианобактерии. Аналогом ядра служит структура, состоящая из белков, дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот. Они лишены хлоропластов, митохондрий и аппарата Гольджи. Во-вторых, это эукариоты – одно-и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро. К ним относятся все остальные организмы. Деление на прокариотов и эукариотов характерно и для самых древних организмов.
Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.
Живой организм – целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения которых определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М. В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.
Со времен Аристотеля организмы прежде всего подразделяют на растения и животных, клетки которых принципиально одинаковы. В современной науке – систематике, описывающей все разнообразие живой природы, выделяют ряд таксонов,[8] наиболее крупные из которых – бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства – типы, классы и более мелкие таксоны – группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций.
Тем не менее большинство современных ученых признает необходимость выделения таксона более высокого ранга. Это, во-первых, прокариоты (от лат. pro – перед, раньше, вместо и греч. karyon – ядро) – только одноклеточные организмы, не имеющие истинного ядра, ограниченного мембраной. К ним относятся бактерии, включая архе-и цианобактерии. Аналогом ядра служит структура, состоящая из белков, дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот. Они лишены хлоропластов, митохондрий и аппарата Гольджи. Во-вторых, это эукариоты – одно-и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро. К ним относятся все остальные организмы. Деление на прокариотов и эукариотов характерно и для самых древних организмов.
2.1. Состав клетки
Живые тела наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержат множество веществ, характерных только для живых организмов (табл. 2.1).
Таблица 2. 1
Химический состав клетки (%)
АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
Из числа существующих на Земле химических элементов всеми необходимыми свойствами для того, чтобы быть структурными компонентами живого вещества, обладают лишь соединения углерода. Уникальная способность углерода создавать углерод-углеродные связи, составлять полимерные цепи и кольца, содержащие как одинарные, так и кратные углерод-углеродные химические связи, позволяет образовывать огромное количество разнообразных органических соединений.
Подобным свойством образовывать химические связи с самим собой обладают еще два элемента – сера и кремний, однако они сильно уступают углероду. В результате построение живого вещества на основе преимущественно серы или кремния невозможно. Тем не менее кремний-и серосодержащие органические соединения в живой природе многочисленны и играют важную роль.
Среди неорганических веществ, входящих в состав клетки, первое место занимает вода. Ее роль чрезвычайно велика: большинство химических процессов протекает только в водных растворах, вода обеспечивает терморегуляцию, многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в виде водных растворов.
Биогенные элементы – химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В составе живого вещества более 70 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, причем больше всего (около 98 % по массе) в клетках кислорода, водорода и углерода. К числу так называемых «универсальных» элементов (присутствующих в клетках всех организмов) относятся азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.
Свыше 30 металлов (Al, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co, Ni, Sr, Se, As и др.) и неметаллов (I, Br, F, B), содержащихся в клетках в малых количествах (обычно тысячные доли процента и ниже) и исключительно необходимых для жизнедеятельности клеток (см. закон Ю. Либиха в разд. 3.2.1), называют микроэлементами.
Сравнение химического состава живого и косного вещества Земли– земной коры и вод Мирового океана показывает несоответствие распространенности химических элементов в косных компонентах и живом веществе (рис. 2.1, а—г). Так, в земной коре содержание углерода в 70 раз ниже, чем в живом веществе, а кремния, наоборот, намного больше.
Рис. 2.1. Распространенность химических элементов в живом веществе (а), атмосфере (б), гидросфере (б), литосфере (г) (по В. Лархеру)
Таблица 2. 1
Химический состав клетки (%)
Из числа существующих на Земле химических элементов всеми необходимыми свойствами для того, чтобы быть структурными компонентами живого вещества, обладают лишь соединения углерода. Уникальная способность углерода создавать углерод-углеродные связи, составлять полимерные цепи и кольца, содержащие как одинарные, так и кратные углерод-углеродные химические связи, позволяет образовывать огромное количество разнообразных органических соединений.
Подобным свойством образовывать химические связи с самим собой обладают еще два элемента – сера и кремний, однако они сильно уступают углероду. В результате построение живого вещества на основе преимущественно серы или кремния невозможно. Тем не менее кремний-и серосодержащие органические соединения в живой природе многочисленны и играют важную роль.
Среди неорганических веществ, входящих в состав клетки, первое место занимает вода. Ее роль чрезвычайно велика: большинство химических процессов протекает только в водных растворах, вода обеспечивает терморегуляцию, многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в виде водных растворов.
Биогенные элементы – химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В составе живого вещества более 70 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, причем больше всего (около 98 % по массе) в клетках кислорода, водорода и углерода. К числу так называемых «универсальных» элементов (присутствующих в клетках всех организмов) относятся азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.
Свыше 30 металлов (Al, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co, Ni, Sr, Se, As и др.) и неметаллов (I, Br, F, B), содержащихся в клетках в малых количествах (обычно тысячные доли процента и ниже) и исключительно необходимых для жизнедеятельности клеток (см. закон Ю. Либиха в разд. 3.2.1), называют микроэлементами.
Сравнение химического состава живого и косного вещества Земли– земной коры и вод Мирового океана показывает несоответствие распространенности химических элементов в косных компонентах и живом веществе (рис. 2.1, а—г). Так, в земной коре содержание углерода в 70 раз ниже, чем в живом веществе, а кремния, наоборот, намного больше.