Исторические изменения в биосфере. Техносфера

Вопрос о разнокачественности живого и неживого тесно связан с вопросом об эволюции биосферы. Постоянен или нет общий вес живого вещества биосферы на протяжении всей истории развития Земли? В своих ранних работах В.И. Вернадский отвечал на этот вопрос утвердительно. Он полагал, что при эволюции биосферы ме­нялись формы проявления жизни, но объем живого вещества оста­вался неизменным. Однако постепенно его взгляды изменились, оформилось учение о качественно новом состоянии биосферы.

В.И. Вернадский постепенно пришел к выводу, что количество живого вещества не может оставаться постоянным, потому что человек своей деятельностью вмешивается в стационарное существование биосферы и изменяет ее облик в глобальном масштабе. Область жизни все более радикально перестраивается под влиянием глобальной технической деятельности человека. Биосфера всегда изменялась и эволюционировала. Человеческая деятельность придала этому процессу такое ускорение, что биосфе­ра неминуемо должна измениться и перейти в новое состояние, которое В.И. Вернадский назвал сферой человеческого разума.

Для XX в. характерно прежде всего вторжение техники во все сферы человеческого общества и в биосферу. Этот процесс вполне соразмерен с таким планетным явлением, как появление зеленых растений в конце девонского периода. Точно так же как человек не акцентирует внимание на том, что для акта дыхания необходим кислород, так он не задумывается и о том, что научно-технический процесс породил особую сферу, в которой главенствует техника. Техника для нас настолько привычна, что мы ее просто не замечаем. Если мы не можем привычно воспользоваться телефоном или проехать в троллейбусе, метро или автобусе, это вызывает не более чем раздражение. Ну а уж если произойдет авария на электростанции и окружающий мир погрузится в кромешную тьму, для человека это будет просто катастрофой. В июле 1977 г. в громадном Нью-Йорке вышла из строя электростанция. На весь день погас свет и городская деятельность замерла. Убытки составили 5 млрд долларов. Этот пример говорит о необычайной уязвимости такого вида экономического развития, для которого характерны высокий уровень концентрации и технической специализации. При выходе из строя одного компонента таких концентрированных систем парализованной оказывается вся система.

Однако мы редко задаемся вопросом, что означает техника как геологическое явление в масштабах нашей планеты. Техника все больше демонстрирует и проявляет свою автономность, так что аналогично понятию «живое вещество» в последнее время можно говорит о так называемом «техновешестве» – совокупно­сти технических систем Земли. Приблизительные подсчеты спе­циалистов показали, что масса всех технических систем (сюда включаются не только машины, механизмы, производства, но и масса созданного ими вещества) в десятки раз превышают массу живого вещества планеты, а продукция техногенеза примерно соответствует (или в несколько раз превышает ее) биопродукции естественных экосистем.

Создавая орудия труда, человек создавал и качественно иную сферу своего бытия – техносферу. Некоторые ученые считают техносферу синонимом ноосферы, другие признают за техносферой возможность самостоятельного существования как переходного состояния от биосферы к ноосфере. Термин «техносфера» подчеркивает определяющую роль техники в деятельности человека на планете Земля и в космосе. Техносфера – своего рода переходный этап между естественным развитием биосферы и прогнозируемым переходом ее в ноосферу. Если ноосфера – это будущее гармоничное единство человека и природы при главенствующем положении в этой системе человеческого разума, то техносфера – это то окружение, в котором мы сейчас живем.

Характерная особенность техносферы состоит в том, что человеческая популяция вышла из-под контроля природных энергетических циклов. Развитие техносферы основано прежде всего на потреблении исчерпаемых источников энергии, представленных на планете ископаемыми
видами топлива.

Все, что производит человек, будь то орудия труда, произведения искусства или результаты фермерской деятельности, выпадает из области действия естественных биоценозов. Оно либо сохраняется, либо с течением времени разрушается и тогда возвращается в природный круговорот. Оброненный в поле нож или брошенный плуг, перержавев, превращается в оксид железа. Разрушенный дом или дворец становится соответственно холмиком или заметным возвышением на поверхности Земли. Одичавшая собака или кошка становится опасным диким зверем. В конечном итоге природа возвращает себе то, что отнято у нее человеком, хотя необратимые процессы и ширятся.

Человек воздействует на природные биоценозы посредством орудий труда, созданных еще во времена его исторического детства. С помощью техники, накапливающейся тысячелетиями, человек изменяет до неузнаваемости свое природное окружение.

На развитие биосферы, ее изменение и трансформацию оказывают воздействие, во-первых, природные факторы и процессы и, во-вторых, техногенные социально-экономические факторы. Последняя группа факторов – техногенная деятельность человека – в настоящее время особенно разрушительно воздействует на биосферу. С техногенной деятельностью человека связано:

• поступление в биосферу тысяч и миллионов тонн технофильного вещества в виде отходов промышленного производства, транспорта, сжигаемого топлива, бытовых отходов и т. п.;

• накопление в биосфере в газообразной, жидкой и твердой
формах химикатов, пестицидов, тяжелых металлов, радиоактивных веществ;

• геохимические изменения и новообразования в почвах, водах,
горных породах, воздухе, вторичное засоление, вторичное
подкисление;

• дестабилизация и разрушение сложившихся компонентов и биогенных функций биосферы.

Основными источниками и компонентами техногенного загрязнения являются:

•органические вещества стоков промышленного и сельскохозяйственного производства и быта;

• твердые отходы добывающих, перерабатывающих и потребляющих отраслей;

• минеральные удобрения, ядохимикаты;

• радиоактивные вещества атомных отходов и аварий на электростанциях и АЭС;

• горячие стоки электростанций и промышленных предприятий;

• неорганические продукты: соли, кислоты, щелочи;

• нефть и нефтепродукты;

• детергенты (моющие вещества; высокие их концентрации
убивают клетки, снижают жизнеспособность биоценозов);

• шум, вибрация, электрические и магнитные поля;

• разные химические продукты, содержащие токсические
элементы и соединения.

Под влиянием хозяйственной деятельности человека в современной биосфере происходят крупные биологические и биогеохимические изменения в естественных ландшафтах и экосистемах, почвенном покрове, растительном и животном мире, в структуре и эффективности пищевых цепей, в эффективности фотосинтеза и др. Главными факторами и причинами этих изменений являются расширение урбанизированных территорий и сельскохозяйственных систем за счет сокращения естественных ландшафтов, увеличение энергетического влияния на природную среду, использование флоры и фауны суши и водоемов, а также питательных веществ, загрязненных токсинами.

Казалось бы, совершенствование технических приемов, технологических методов и самой техники позволит найти выход из сложившейся ситуации. Но, оказывается, это не всегда возможно. В качестве примера можно привести пропагандирование и внедрение так называемого безотходного производства. Без сомнения, этот метод может принести и уже приносит свои плоды. Однако считать его генеральным направлением нельзя. Выясняется, что снижать отходы ниже оптимальных пределов неэкономично
и неэкологично.

Рассмотрим, к примеру, электромобиль – экологически чистое транспортное средство. Может ли он повсеместно заменить обычный современный автомобиль? Теоретически – да, практически – нет. Почему? Очень просто. На аккумуляторы электромобиля потребуется такое количество электроэнергии и цветных металлов, что никакая экономика не выдержит. Аналогично обстоит дело и с очисткой выбросов заводских труб от сернистого газа. Эффективна ли такая очистка? Да, но до известного предела, после которого затраты возрастают настолько, что делают абсурдной дальнейшую очистку. На одном предприятии водохо-зяйственники подсчитали, что до 90 % очистка стоков шла сравнительно легко. Потом же каждый последующий процент давал рост затрат по экспоненте – резко взмывающей вверх кривой. Стопроцентная очистка оказалась невозможной. Последний, сотый процент стоил уже баснословных затрат.

Так что же делать? Выход один – внедрять ресурсосберегающую, малоотходную технологию (с оптимальной степенью отходности), биотехнологию.

Перестройка человеком природных систем, как это не парадоксально, постепенно выходит из-под его же контроля. На месте естественных ландшафтов создаются суррогаты ландшафтов техногенных. Вместо того чтобы в свое время сохранить сотни и тысячи видов растений и животных, обеспечивающих устойчивость генофонда, человек выводит новые сорта растений и породы животных. Видоизменяется гидрографическая сеть: строятся дамбы, плотины, водохранилища, меняются русла рек. Происхо­дит глобальное перераспределение огромных масс пород верхней части земной коры. Добыча полезных ископаемых превзошла все границы. Это приводит к истощению природных ресурсов и ста­вит человечество на грань ресурсного голода. Такое положение вещей заставляет создавать искусственные минералы, открывать химические элементы. Техносфера протянула свои «щупальца» и за пределы планеты. Космическое пространство бороздят сотни искусственных спутников, постоянно действующие орбитальные станции. Разрабатываются проекты экспедиций на далекие планеты.
В настоящее время космос загрязнен настолько, что это можно сравнить с загрязнением океана.

Вероятно, несмотря на сопротивление технократов, необходимо признать существование ряда ограничений в развитии человеческого общества: сама планета ограничена в размерах, ограничена часть используемой человеком суши, ограничен объем рек и озер, ограничены возможности человеческого организма и т. д. Ученые подсчитали, что люди имеют право потреблять не более одной десятой доли живого вещества на планете, в противном случае наступят необратимые изменения.

Перед человечеством отчетливо замаячила та грань, переступив которую можно свалиться в пропасть небытия. Остается надеяться на разум человека, его коллективный разум. Необходимо только помнить, что если биосфера как саморегулирующаяся система будет функционировать и в отсутствие человеческого разума, то человек, даже обладая высокоразвитым интеллектом, неминуемо погибнет без гармоничного единства с окружающей его природой. Для исправления создавшегося положения одной технической оснащенности недостаточно. Требуется решительная перестройка общественных систем. Необходимо, отказавшись от потребительского отношения к природе, признать, что только осознание гармонии с природой, гармонии со всем живым, населяющим нашу планету, может спасти человека как биологический вид и как часть порожденного им техногенного общества. [2]

Лекция №4

Биосфера как целостная система. Основные законы и принципы экологии

1. Экосистема

Наша планета Земля неповторима в плане разнообразия условий внешней среды. Это океанские просторы и горные цепи, сеть крупных рек и мелких речушек, жаркие пустыни и вечные льды полюсов. Земля- это чудо вселенной, уникальная сфера, жемчужина в космическом пространстве. Главная особенность планеты - это существование на ней жизни в самых разных ее проявлениях. Изумляет богатое разнообразие живых существ: микроскопические организмы, насекомые, растения, рыбы, птицы, млекопитающие и, наконец, сам человек.

Эти существа способны самовоспроизводиться, менять свою форму в результате комбинации и рекомбинации генов и передавать эти изменения потомкам. Делящаяся клетка остается неизменной в новых поколениях. Жизнь постоянно и беспрерывно воспроизводит себя и проявляется в возникновении новых видов и особей, каждая из которых уникальна. Все они являются живыми организмами, взаимодействующими с окружающей их неживой природой.

Согласно Одуму, все живые организмы и их окружение неразделимо связаны друг с другом. Они постоянно взаимодействуют и совместно функционируют таким образом, что потоки энергии создают четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляющими собой экологическую систему.

Термин экосистема впервые предложен в 1935г. английским экологом Тенсли, однако само представление об экосистеме сформировалось гораздо раньше.

Обратимся к смыслу самого понятия системы. Систему можно представить как совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой. Т.е. любой предмет, реальный или мыслимый, части которого взаимодействуют между собой. Можно представить как систему. Части системы называются ее элементами.

Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов, что связано возникновением новой системы, ее новых свойств и новых характеристик. Отличительной чертой каждой системы является наличие входа в систему и выхода из нее. Изменения входной величины влечет за собой изменения выходной величины. Зависимость выходной величины определяется законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может быть математическим уравнением, имеющим аналитическое решение.

Любая экосистема является открытой системой, т.е. она должна получать и отдавать энергию. Процессы, протекающие в экосистемах, являются общими для всех организмов, от бактерий до млекопитающих. Все особи сообщества, будучи связанными с окружающей средой функциональной связью, извлекают из нее материальные вещества и обогащают среду продуктами жизнедеятельности.

Любая биологическая система характеризуется специфичностью функций, упорядоченными взаимоотношениями составляющих систему частей (подсистем) и основывающимися на этих взаимоотношениях регуляторными механизмами, определяющими целостность и устойчивость системы на фоне изменяющихся внешних условий. В состав биосферы, как экологической системы, входят биологические системы разного уровня: биогеоценоз: популяция: организм. Следовательно, изучая биосферу как целостную систему, следует рассмотреть ее подсистемы.

2. БИОГЕОЦЕНОЗ

Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система живых организмов и абиотклимической среды, в которой происходит постоянный обмен веществом и энергией. Сущность биогеоценоза В.Н.Сукачев видел в процессе взаимного обмена веществом и энергией между составляющими его компонентами, а также между ними и окружающей внешней средой. Биогеоценоз имеет сложную структуру, которая включает пять основных функционально связанных частей. Это фитоценоз – растительное сообщество (автотрофные организмы, продуценты); зооценоз – животное население (гетеротрофы, консументы) и микробоценоз – различные микроорганизмы, представленные бактериями, грибами, простейшими (редуценты). Эту живую часть биогеоценоза В.Н.Сукачев относил к биоценозу. Неживую, абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов данной территории – климатоп и биокостное образование – эдафотоп (почва). В последнее время в структуру абиотической среды биогеоценоза включают также и гидрологические факторы (гидротоп). Такая совокупность абиотических компонентов биоценоза носит название биотоп.

Все взаимодействия компонентов биогеоценоза связаны между собой совокупностью пищевых частей и взаимообусловлены. Каждый компонент в природе неотделим от другого. Поддержание круговорота в конкретных биологических условиях - основная функция биогеоценоза. Она основана на пищевых взаимоотношениях видов, формирующих упорядоченную трофическую структуру биогеоценозов: продуцентов, консументов, редуцентов (живой биотической части биогеоценоза). В конкретных биогеоценозах эти 3 группы представлены популяциями множества видов. Обмен веществ строго видоспецифичен, поэтому разнообразие видов в составе каждого трофического уровня, а следовательно, экосистемы в целом, имеет большое биологическое значение:

1 – при этом обеспечивается максимальная эффективность использования источников и форм энергии для синтеза первичной продукции и трансформации вещества на разных этапах биогенного круговорота, вплоть до полной минерализации и повторного включения в цикл;

2 – многообразие однозначных по функциям в биоценозе видов выступает как мощный механизм устойчивости потоков вещества и энергии по пищевым цепям, что ведет к повышению эффективности и устойчивости функционирования систем.

Рассмотрим подробнее биотическую часть биогеоценоза.

Продуценты Автотрофные организмы. Синтезируют с помощью солнечного света из углекислого газа и воды, а также минеральных веществ органические соединения, преобразуя при этом световую энергию в химическую. Скорость, с которой в ходе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в органическое вещество, в пересчете на единицу площади носит название первичной продукции.

Консументы. Гетеротрофные (животные) организмы. Питаются готовым органическим веществом растений или животных. Консументы сами не могут строить органическое вещество из неорганического и получают его в готовом виде, питаясь другими организмами. В своих телах они преобразуют органику в специфические формы белков и других веществ, а в окружающую среду выделяют отходы, которые образуются в процессе их жизнедеятельности. Скорость образования биомассы консументами носит название вторичной продукции.

Деструкторы (разрушители), или редуценты. Окисляют мертвые органические остатки до углекислого газа и воды. К редуцентам относятся бактерии, грибы, простейшие, т.е. находящиеся в почве гетеротрофные микроорганизмы. Деструкторы полностью разлагают все растительные и животные остатки до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ, тем самым замыкая его.

Энергия, содержащаяся в одних организмах, потребляется другими организмами. Такой перенос энергии от автотрофов через последовательный ряд организмов к потребителям – гетеротрофам, происходящий в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью. Число звеньев в ней может быть различным. Совокупность организмов, объединненых определенным типом питания, носит название трофического уровня. Первый трофический уровень занимают автотрофы (продуценты), второй – растительноядные животные (консументы первого порядка), третий – хищники, питающиеся растительноядными животными (консументы второго порядка), и паразиты первичных консументов. И, наконец, вторичные хищники (консументы третьего порядка) и паразиты вторичных консументов образуют четвертый трофический уровень. Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

3. ПОПУЛЯЦИЯ

Популяция - это любая совокупность особей одного вида, способных обмениваться генетической информацией, обладающая

всеми необходимыми и существующая неопределенно длительное время на данной территории,условиями для поддержания своей численности

Любая популяция характеризуется рядом признаков, имеет определенную организацию и структуру. Популяции присущи как пространственные (статические), так и временные (динамические) характеристики. К пространственным характеристикам относятся общая численность, плотность, пространственное распределение (дисперсия), а также различные характеристики популяционной структуры – возрастной состав, соотношение полов. Они характеризуют состояние популяции в какой-то определенный момент времени t. Из временных (динамических) характеристик отметим рождаемость, смертность, скорость роста, кривую роста. Данные показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за некоторый промежуток времени. Кроме этого, для популяции характерно наличие сложных взаимоотношений с окружающей ее средой.

Как было сказано выше, популяция – совокупность особей одного вида.

4. ВИД

Вид - основная структурная единица живой природы. Вид возникает, развивается, а при изменении условий существования может исчезнуть или преобразоваться в другие виды.

Видом называют совокупность особей, сходных по морфофизиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, занимающих определенный ареал, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Существование жизни осуществляется на уровне структурной единицы вида особи, или организма.

В комплексе физиологических процессов на уровне организма можно выделить 2 типа реакции:

- физиологические процессы, составляющие сущность жизни: переваривание, усвоение, метаболизм;

- физиологические процессы, обеспечивающие выживание организма: механизмы адаптации к действию факторов;

- влияющие на протекание жизненных процессов.

Таким образом, биосфера (экосистема) – основная функциональная единица экологии представляющая собой единство биотических компонентов с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания.

5 Основные законы и принципы экологии

Задачи экологии как другой любой другой науки, является поиск законов функционирования и развития данной области реальности. Исторически первым для экологии был закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (так называемых лимитирующих факторов).

1. Закон минимума

Ю. Либих в 1940 году установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуется в больших количествах, а теми, которых нужно немного, но которых мало и в почве. Сформулированный им закон гласил:

«Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени.»

Впоследствии к питательным веществам добавили ряд других факторов, например температуру.

Действие данного закона ограничивают два принципа. Первый: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния. Более точная формулировка: «При стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму.» Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребление минимального питательного вещества. Организм иногда заменяет одно дефицитное вещество другим, имеющимся в избытке.

Следующий закон сформулирован в самой экологии и обобщает закон минимума.

2.Закон толерантности

Он формулируется следующим образом: отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепла, света, воды).

Следовательно, организмы характеризуются как экологическим минимумом, так и максимумом. Слишком много хорошего тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды. Закон толерантности предложил В. Шелфорд в 1913 г. Можно сформулировать ряд предложений, дополняющих его.

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.

3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться диапазон толерантности к другим экологическим факторам.

4. В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному значению того или иного фактора, определенному в лаборатории.

5. Период размножения обычно является критическим; в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.

Живые организмы изменяют условия среды, чтобы ослабить лимитирующее влияние физических факторов. Виды с широким географическим распространением образуют адаптированные к местным условиям популяции, которые называются экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям. В зависимости от того, закреплены ли экотипы генетически, можно говорить об образовании генетических рас или о простой физиологической акклиматизации.

3.Обобщающая концепция лимитирующих факторов

Наиболее важными факторами на суше являются свет, температура и вода (осадки), а в море – свет, температура и соленость. Эти физические условия существования могут быть лимитирующими и влияющими благоприятно. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласованно.

Из других лимитирующих факторов можно отметить атмосферные газы (углекислый газ, кислород) и биогенные соли. Формулируя закон минимума, Либих и имел в виду лимитирующее воздействие жизненно важных химических элементов, присутствующих в среде в небольших и непостоянных количествах. Они называются микроэлементами и к ним относятся железо, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий, кобальт, йод, натрий. Многие микроэлементы, подобно витаминам, действуют как катализаторы. Фосфор, калий, кальций, сера, магний, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах, называются макроэлементами.

Важным лимитирующим факторам в современных условиях является загрязнение природной среды. Оно происходит в результате внесения в среду веществ, которых в ней либо не было (металлы, новые синтезированные химические вещества) и которые не разлагаются вовсе, либо существующих в биосфере (например, углекислый газ), но вносимых в чрезмерно больших количествах, не дающих возможности их переработать естественным способом. Образно говоря, загрязняющие вещества – это ресурсы не на своем месте. Загрязнение приводит к нежелательному изменению физических, химических и биологических характеристик среды, которое оказывает неблагоприятное влияние на экосистемы и человека. Цена загрязнения – здоровье, в том числе в прямом смысле цена затрат на его восстановление. Загрязнение увеличивается как в результате роста населения и его потребностей, так и в результате использования новых технологий, обслуживающих эти потребности.

Оно бывает химическим, тепловым, шумовым.

Главный лимитирующий фактор, по Ю.Одуму, - размеры и качество «ойкоса», или нашей «природной обители», а не просто число калорий, которые можно выжать из земли. Ландшафт не только склад запасов, но и дом, в котором мы живем. «Следует стремиться к тому, чтобы сохранить по меньшей мере треть всей суши в качестве охраняемого открытого пространства. Это означает, что треть всей нашей среды обитания должны составлять национальные или местные парки, заповедники, зеленые зоны, участки дикой природы и т.п.» (Одум Ю.)Ограничение использования земли является аналогом природного регулирующего механизма, называемого «территориальным поведением». При помощи этого механизма многие виды животных избегают скученности и вызываемого ею стресса.

Преодоление лимитирующих факторов требует огромных затрат вещества и энергии. Для удвоения урожая необходимо десятикратное увеличение количества удобрений, ядохимикатов и мощностей (животных или машин).

К лимитирующим факторам относится и численность популяции. Это обобщается в принципе Олли: «Степень агрегации (так же как и общая плотность), при которой наблюдается оптимальный рост и выживание популяции, варьирует в зависимости от вида и условий, поэтому как «недонаселенность» (или отсутствие агрегации), так и перенаселенность могут оказывать лимитирующее влияние.» Некоторые экологи считают, что принцип Олли приложим и к человеку. Если это так, то отсюда возникает потребность в определении максимальной величины городов, стремительно растущих в настоящее время.

4. Закон конкурентного исключения

Данный закон формулируется следующим образом: два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго. То, какой вид побеждает, зависит от внешних условий. В сходных условиях победить может каждый.

Важным для победы обстоятельством является скорость популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции ведет к его оттеснению и необходимости приспособления к более трудным условиям и факторам.

Закон конкурентного исключения может работать и в человеческом обществе. Особенность его действия в настоящее время заключается в том, что цивилизации не могут разойтись. Им некуда уйти со своей территории, потому что в биосфере нет свободного места для расселения и нет избытка ресурсов, что приводит к обострению борьбы со всеми вытекающими отсюда последствиями. Можно говорить об экологическом соперничестве между странами и даже экологических войнах, обусловленных экологическими причинами. В свое время Гитлер оправдывал агрессивную политику нацистской Германии борьбой за жизненное пространство. Ресурсы нефти, угля и т.п. и тогда были важны. Еще больший вес они имеют в конце ХХ в., так как добавилась необходимость территории для захоронения радиоактивных и прочих отходов. Войны – горячие и холодные – приобретают экологическую окраску. Многие события в современной истории, например, распад СССР, воспринимаются по-новому, если на них посмотреть с экологических позиций. Одна цивилизация может не только завоевать другую, но и купить более бедную. Это и будет экологический колониализм. Так переплетаются политические, социальные и экологические проблемы.

5.Основной закон экологии

Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе, называется сукцессией. Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им. Замещение видов в экосистемах вызывается тем, что популяции, стремясь модифицировать окружающую среду, создают условия, благоприятные для других популяций; это продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами. Развитие экосистем во многом аналогично развитию отдельного организма и в то же время сходно с развитием биосферы в целом.

Сукцессия в энергетическом смысле связана с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы. Сукцессия состоит из стадий роста, стабилизации и климакса. Их можно различать на основе критерия продуктивности: на первой стадии продукция растет до максимума, на второй остается постоянной, на третьей уменьшается до нуля по мере деградации системы.

Показатель	Растущая экосистема	Зрелая экосистема
Урожай Видовое разнообразие Структурное разнообразие Специализация по нишам Размеры организма Жизненные циклы Скорость обмена биогенных веществ между организмом и средой Давление отбора Внутренний симбиоз Сохранение биогенных веществ Стабильность Энтропия Информация	Высокий Небольшое Слабо организованно Широкая Небольшие Короткие и простые Высокая На быстрый рост Не развит С потерями Низкая Высокая Небольшая	Низкий Большое Хорошо организованно Узкая Крупные Длинные и сложные Низкая На регуляцию обратной связи Развит Полное Высокая Низкая Большая

В таблице четко прослеживается обратная зависимость между энтропией и информацией, а также то, что развитие экосистем идет в направлении повышения их устойчивости, достигаемой за счет увеличения разнообразия. Распространив этот вывод на всю биосферу, получаем ответ на вопрос, зачем нужны 2 млн. видов. Можно думать, что эволюция ведет к замене одних менее сложных видов другими, вплоть до человека как венца природы. Менее сложные виды, дав дорогу более сложным, становятся не нужны. Экология разрушила этот удобный для человека миф. Теперь ясно, почему опасно уменьшать многообразие природы (как делает современный человек).

Одно- и даже двухвидовые сообщества весьма нестабильны. Нестабильность означает, что могут происходить большие колебания плотности популяций. Это обстоятельство и детерминирует эволюцию экосистемы к зрелому состоянию. На зрелой стадии увеличивается регуляция по типу обратной связи, которая направлена на поддержание стабильности системы.

Высокая продуктивность дает низкую надежность – это еще одна формулировка основного закона экологии, из которой вытекает следующее правило: «Оптимальная эффективность всегда меньше максимальной». Разнообразие в соответствии с основным законом экологии непосредственно связано с устойчивость. Однако пока неизвестно, до какой степени эта связь является причинно-следственной.

Направленность эволюции сообщества ведет к усилению симбиоза, сохранению биогенных веществ, повышению стабильности и содержания информации. Общая стратегия направлена на достижение такой обширной и разнообразной органической структуры, какая только возможна в границах, установленных доступным притоком энергии и преобладающими физическими условиями существования (почва, вода, климат и т.д.)

Стратегия экосистем – «наибольшая защита», стратегия человека – «максимум продукции». Общество стремится получить с осваиваемой территории максимальный урожай и для осуществления своей цели создает искусственные экосистемы, а также замедляет развитие экосистем на ранних стадиях сукцессий, на которых можно собрать максимальный урожай. Сами же экосистемы стремятся развиваться в направлении достижения максимальной стабильности. Для поддержания максимального энергетического выхода, быстрого роста и достижения высокой стабильности природным системам необходима низкая эффективность. Обращая развитие экосистем вспять и приводя их тем самым в неустойчивое состояние, человек вынужден поддерживать «порядок» в системе и затраты на это могут превысить выгоду, получаемую при переводе экосистемы в нестабильное состояние. Любое повышение человеком эффективности экосистемы приводит к повышению затрат на ее поддержание вплоть до какого-то предела, когда дальнейшее повышение эффективности невыгодно из-за слишком большого повышения затрат. Необходимо, т.о., достижение не максимального, а оптимального КПД экосистем с тем, чтобы повышение их продуктивности не приводило к потере стабильности и результат оказывался экономически оправданным.

В устойчивых экосистемах велики потери проходящей через них энергии. А экосистемы, теряющие меньше энергии (системы с меньшим числом трофических уровней), менее устойчивы.

Воздействие человека на природную среду часто сопровождается уменьшением разнообразия в природе. Посредством этого достигается максимизация урожая и повышение возможности управления данной частью природы. В соответствии со сформулированным в кибернетике законом необходимого разнообразия у человечества два варианта повышения возможностей управления природной средой: или уменьшать разнообразие в ней, или увеличивать свое внутреннее разнообразие (путем развития культуры, совершенствования умственных и психосоматических качеств самого человека). Легкость первого пути обманчива, хотя он широко используется. Вопрос в том, насколько увеличение возможностей управления экосистемами путем уменьшения разнообразия в природе компенсирует уменьшение способности экосистем к саморегуляции. Опять – таки должен быть найден оптимум между потребностями управления в данный момент и потребностями сохранения разнообразия в природной среде.

Лекция№5

БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ

Дата добавления: 2015-07-13