Предмет экологии и место экологических знаний в современной науке. Экология как наука: история и перспективы

Введение круговорот антропогенного фактора приводит к резкому усложнению модели круговорота, но не устраняет принципы ее организации. Поэтому устойчивость биосферы при наличии человека как элемента ее структуры будет сохранена, если человечество

– сможет обеспечить поддержание глобальной среды существования жизни,

– будет развиваться в рамках закона эколого-системной направленности эволюции,

– сохранит экосистемное разнообразие на планете и

– обеспечит максимальное замыкание глобального круговорота веществ на планете.

Но и при нарушении этих условий биосфера как глобальная экосистема останется устойчивой, но при этом займет новое устойчивое положение, удалив из своей структуры элемент, нарушающий эту устойчивость, то есть избавившись от человечества.

Жизненная форма – совокупность организмов, морфофизиологический облик которых отражает генетически закрепленную приспособленность к конкретным условиям окружающей среды. По отношению к различным факторам, а так же по проявлениям функций организма выделяют различные жизненные формы. Впервые жизненные формы описаны у растений. Для животных они определены в середине XX века (биоморфы), а для человека – лишь недавно – в конце XX века (адаптивные типы). Жизненная форма может объединять различные виды. Так, в экологическую группу водоплавающих птиц входит значительное число видов. В то же время организмы одного вида могут представлять различные жизненные формы в зависимости от условий обитания. Так, известные всем степные лисы (корсак) и лесные (огневка) являются различными жизненными формами, но входят в один вид (Lupus lupus).

Экологические классификации живых организмов осуществляется по следующим критериям:

1. по адаптивности, по приспособительным признакам к комплексу условий окружающей среды. К Раункиер в начале XX века предложил экологическую классификацию растений по морфологическому признаку (положению почек возобновления относительно поверхности почвы), отражающему способность растения переживать неблагоприятный сезон;

2. по отношению к определенному экологическому фактору или условию окружающей среды. Широко известны группы растений по отношению к воде (водные растения, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты), интенсивности светового потока (светолюбивые, теневыносливые, тенелюбивые), температуре (теплолюбивые, морозостойкие);

3. по проявлению той или иной функции организма в зависимости от среды обитания. Так, по способу передвижения среди животных выделяют экологические группы летающих, бегающих, плавающих, ползающих, сидячих (прикрепленных). По температуре тела животные делятся на гомойотермные (температура тела постоянна и не зависит от температуры окружающей среды) и пойкилотермные (температура тела определена температурой окружающей среды). Среди растений по приспособленности к сезонности и цикличности размножения выделяют однолетники, двулетники, многолетники.

Для решения конкретных экологических задач могут быть разработаны классификации жизненных форм, основанные на заданных критериях. Выделение групп растений по отношению к засоленности почв и определение их признаком позволило решить проблему экологической индикации засоленности почв.

Среди закономерностей взаимодействия организма с окружающей средой обратим внимание лишь на наиболее важные из них[37]. Наиболее общим философским обобщением в этой группе закономерностей является утверждение о диалектическом единстве организмов и их среды обитания. Именно среда определяет возможность существования организма, но активным началом взаимодействия служит организм, обладающий определенной созидающей силой. Это обобщение, получило название закона единства организма и среды: организм развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды.

Названный закон находит свое подтверждение и уточнение в целом ряде законов аутэкологии. Так, например, правило соответствия среды жизни генетической предопределенности организма утверждает, что организм существует до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления организма к ее колебаниям и изменениям.

Еще древние обращали внимание на активность организмов, как конкретного частного случая биоты, в окружающей среде (что и позволяет нам употреблять термин «субъект биоты»); на созидающую силу, которой обладает все живое и которая проявляется в активной жизнедеятельности организма. Вот как описывал эту закономерность Ч. Дарвин в своей знаменитой работе «Происхождение видов»: «…каждое единичное органическое существо…напрягает все свои силы, чтобы увеличить свою численность; …каждое из них живет, только выдерживая борьбу в каком-нибудь возрасте своей жизни, …жестокое истребление обрушивается на старого или молодого в каждом поколении или через повторяющиеся промежутки. Удалите то или иное препятствие, сократите, хотя бы незначительно, истребление, и численность вида почти моментально возрастает до любых размеров». Это свойство организмов нашло отражение в законе максимума биогенной энергии (законе давления жизни): организм, находясь в подвижном динамическом равновесии с окружающей его средой, стремится к максимальному проявлению своего биологического потенциала (детерминированного генотипом) и увеличивает свое воздействие на среду до тех пор, пока не будет ограничено внешними факторами.

Таким образом, максимальному давлению жизни, максимизации биогенной энергии противостоит окружающая среда, ограничивая проявления жизни, детерминируя ее активность. Это описывает закон давления среды жизни, или закон ограниченного роста, который гласит, что жизненные проявления организма ограничены воздействием экологических факторов. Более точно эту же закономерность описывает закон толерантности В. Шелфорда: лимитирующим фактором процветания организма может быть как максимум, так и минимум экологического воздействия. Диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному воздействию.

Ограничивающие силы окружающей среды многочисленны, неоднозначны и определенным образом упорядочены. Это позволило сформулировать целый ряд правил, принципов и законов, описывающих воздействие экологических факторов на организм. Так, из всего комплекса условий, в которых существует организм, можно выделить такие, которые ограничивают биогенную энергию организма, не позволяя ему проявиться во всей полноте биологического потенциала, определенного генотипом. В наиболее общем виде эту закономерность выражает закон лимитирующих (ограничивающих) факторов, установленный Ф. Блекманом в 1909 году: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, особенно затрудняют возможность существования организма в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других отдельных условий.

В результате анализа экологического эмпирического материала было установлено, что экологические факторы в конкретной среде обитания взаимодействуют. Взаимное усиление и ослабление экологических факторов определяет их воздействие на организм и успешность его жизнедеятельности. Именно это утверждение получило статус закона совокупного действия факторов. Организм реагирует на всю совокупность экологических факторов целостно, а не по методу суммирования воздействий. Эта целостность реакции рождает такие парадоксы в мире природы, как ксерофитные растения в условиях северных болот. Почему в болотах северных широт преобладают растительные организмы, принадлежащие к жизненной форме ксерофитов? Ксерофиты – экологическая группа, у представителей которой выражены свойства водосбережения. У растений северных болот можно заметить и восковой налет на листьях (у клюквы), и опушенность нижней стороны листа (у кассандры, андромеды, багульника), и закрученность боковых сторон листа (у багульника). Все эти признаки свидетельствуют о жизнедеятельности в режиме сбережения воды. Но в условиях болота нельзя говорить о недостатке воды как таковой. Именно поэтому в болотах других климатических зон (южных) нет ксерофитных растений. Разгадка – в сочетании двух экологических факторов – водообеспеченности и температуры. В условиях холодного климата, несмотря на обилие воды проблемой остается вода пригодная для осуществления физиологических процессов, то есть вода определенной температуры. Получая такую воду ограниченно, в связи с низкими температурами среды, организмы ориентированы на ее сбережение, что и проявляется в их ксерофитности.

Популяция и окружающая среда. Экосистемные закономерности популяционного уровня.

За время своего существования на нашей планете жизнь сформировала великое разнообразие живых организмов. Формообразование как неиссякаемый процесс фиксировался в определенных относительно устойчивых образованиях – видах. Вид как совокупность живых организмов, одинаковых по морфофизиологическим признакам, формируется под воздействием окружающей среды. Многообразие условий обитания на планете повинно в многообразии видов, а существование территорий (акваторий) со сходными условиями обеспечивает возможность широкого расселения вида. В результате вид может занимать огромную территорию (иметь обширный ареал), но заселять его не равномерно, а дискретно, в силу мозаичности условий окружающей среды. Единица совместного проживания вида представляет определенный интерес не только как биологическая система, но является важным биотическим компонентом в экосистеме надорганизменного уровня (популяцияиокружающаясреда).

Впервые термин «популяция» был применен в биологии еще в XVIII веке для обозначения любой совокупности особей. Но любая совокупность особей не проявляет целостности, тогда как неслучайная совокупность по наблюдениям ученых давала повод для углубленных экологических исследований, результатом которых стали некоторые закономерности. Постепенно происходило уточнение этой неслучайности в объединении организмов одного вида. Современное понимание термина «популяция» сложилось за счет следующих характеристик:

– проживание на одной территории (в одной акватории),

– длительность существования на этой территории (в акватории), превышающая продолжительность жизни нескольких поколений,

– единая реакция на изменения окружающей среды (целостная реакция),

– относительная генетическая изоляция (воспроизводство осуществляется на основе ограниченного генетического материала, т.е. существуют некоторые механизмы изоляции; панмиксия всего вида лишь теоретически возможна, но нереализуема в природе),

– способность реагировать на изменения окружающей среды перестройкой генофонда.

Таким образом, популяцией называют минимальную самовоспроизводящуюся группу особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющую определенное пространство и реагирующую на воздействия окружающей среды как единое целое. Сегодня стало неоспоримым понимание популяции как единицы существования, единицы адаптации и единицы эволюции вида, которая распространяет свое влияние на среду и, напротив, находится под влиянием экологических факторов этой среды в рамках определенного пространства. Именно это пространство характеризуется как «поле популяции», «популяционный ареал», «индивидуальный участок популяции» и напоминает о единстве популяции и окружающей ее среды. Эта целостность популяции и ее собственного экологического гиперпространства является экосистемой следующего уровня по сравнению с элементарной экосистемой «организмиокружающаясреда».

К жизненным показателям популяции относятся смертность, рождаемость, биологический и экологический потенциал, возрастная и половая структура. В конкретный момент времени важнейшим показателем жизненности, проявлением жизненной силы и биогенной энергии, интегральной характеристикой массы, химического состава и запаса свободной энергии является численность популяции. При этом абсолютное число особей малоинформативно, поскольку не отражает один из важнейших экологических факторов процветания популяции – насыщенности пространства особями этого вида. Гораздо важнее плотность популяции, выражающая количественное распределение особей по пространству (площади или объему).

Русский эколог С.С. Четвериков еще в 1903 г. сформулировал правило объединения в популяции: индивиды любого вида живого всегда представлены не изолированными отдельностями, а определенным образом организованными совокупностями. Организованность присуща не только популяциям с групповым распределением и не всегда заметна с первого взгляда. Речь идет не только о пространственной организации, но и о функциональной. В силу изменчивости все особи в популяции разнокачественны. Но это разнообразие все же не безгранично. Для обеспечения такого качества как воспроизводимость, в популяции должны быть представлены особи различных возрастов и полов. Соотношение особей в популяции по признаку пола и возраста по наблюдениям экологов не является случайным. Поэтому половая и возрастная структура популяции – важнейшие экологические показатели.

1. Половая структура популяции определяется соотношением особей различных полов. Это соотношение далеко не всегда бывает равным. Преобладание особей одного из полов может быть выгодно популяции для возобновления в случае, если особи этого пола более подвержены отбору в конкретных условиях среды. Конкретное соотношение полов, оптимальное для данной популяции в определенных условиях, устанавливается в результате сложных механизмов влияния внешних и внутренних факторов на оплодотворение, внутриутробное развитие и развитие организмов разного пола после рождения.

Возрастная структура популяции выражает количественное распределение особей по возрастам. При равномерной смертности в определенный момент времени сочетание особей пререпродуктивного, репродуктивного и пострепродуктивного возраста может быть выражено графически (рис. 2 – кривая А). В реальной жизни такое распределение встречается крайне редко. Его наблюдали, например, у гидры. Гораздо вероятнее другие сценарии. Так, при минимальной заботе о потомстве и слабой адаптации молодых особей к окружающей среде наблюдается высокая смертность особей в пререпродуктивном возрасте. Такой сценарий – у устриц. В результате у вида возникает необходимость высокой плодовитости. В этом случае возрастная структура популяции отражена кривой Б на рис. 2. Соответственно уход за потомством, высокая адаптивность молодых особей снимает необходимость высокой плодовитости, но увеличивают темпы отбора особей в старшей возрастной группе (кривая В на рис. 2). Эта стратегия характерна для большинства крупных млекопитающих. Разница этих стратегий может быть проиллюстрирована на примере разных видов рыб. Основное число видов принадлежит к первой стратегии – огромное число икры, которую мечут самки этих видов, компенсируют те потери, которые терпит популяция при взрослении молоди. Стаи мальков, не защищенные заботой родителей, в обилии поедаются множеством хищников. Однако и среди рыб существуют виды, которые отличаются нежной заботой о потомстве. Некоторые из них строят гнездо и охраняют его и находящуюся в нем икру и мальков. У других есть даже такое сложное поведение как вынашивание мальков во рту. Рот родителя становится для мальков убежищем, спасающим молодняк от хищников. У этих видов количество выметанной икры значительно меньше, а процент доживших до взрослого состояния мальков – выше.

Рис. 2. Зависимость выживания от онтогенетического возраста.

И половая и возрастная структура – результат длительного процесса эволюции. Она отражает оптимальный вариант соотношения особей в конкретных условиях среды для обеспечения целостности и устойчивости популяции. Каждая популяция в стабильных (не принимая во внимание периодические изменения – суточные, сезонные) условиях стремится к удержанию этой структуры, что и выражает правило стабильности половозрастной структуры популяции.

В связи с тем, что любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотипической, половозрастной и иерархической структурой, она не может состоять из меньшего числа особей, чем необходимо для стабильного воспроизведения этой структуры, обеспечивающей устойчивое существование популяции в данных условиях внешней среды. В этом и состоит принцип минимального размера популяции. При этом минимальный размер строго специфичен для каждой популяции и детерминирован не столько видовой принадлежностью, сколько характеристикой среды. Выход за пределы минимума чреват гибелью популяции. Недостаточная плотность популяции (ниже допускаемой средой) является лимитирующим фактором, поскольку осложняет возобновление. На основании этого принципа использование того или иного вида, например, в охотничьем хозяйстве, должно быть строго регламентировано. Снижение численности популяции до предела ее минимального размера опасно. В таких случаях прибегают к искусственному возрождению – реакклиматизации и генетическому обновлению.

Возможность существования того или иного вида живых существ (длительного существования, с эффектом самовоспроизведения) для эколога определяется в том числе и наличием популяции. Отсутствие признаков популяции делает существование иллюзорным. Так, экологи не рассматривают русалку, снежного человека, Лохнесское чудо как реальные живые существа именно по этой причине, оставляя возможность изучения указанных явлений как паранормальных.

Такое же лимитирующее действие как в случае с недостаточной плотностью оказывает и перенаселение, т. е. превышение численности (плотности), которая определяется как оптимальная. Теоретически у популяции есть верхний предел численности (плотности), который определяется количеством энергии, приходящей к поверхности Земли и распределяемой между различными популяциями, обитающими на определенной территории. Это предположение Ю. Одум формулирует как правило популяционного максимума. Плотность популяции действительно ограничена наличием в определенном биотопе количества пищевых ресурсов, условий размножения и т.д.

Плотность популяции изменяется во времени. Максимально возможный диапазон этих изменений – от популяционного минимума до популяционного максимума. Ясно, что численность популяции в каждый момент времени определяется соотношением уровней рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции.

Рождаемость как репродуктивная способность популяции обеспечивает ее рост. Но этот рост не может быть бесконечным, поскольку генотипом детерминировано теоретически возможное количество новых особей, которое может родиться в единицу времени в идеальных условиях существования. Именно эта рождаемость получила название биологической рождаемости. Это максимальная, абсолютная, физиологическая, теоретически возможная, идеальная рождаемость, в основе которой лежит геометрическая прогрессия. Максимальная рождаемость есть константа, которая может быть рассчитана (например, умножением среднего числа гнезд, которые способна построить самка птицы за год, на такое же число яиц, которые она может отложить в наиболее благоприятный сезон). В 1928 г. Чемпен П. Н. назвал это биологическим потенциалом популяции. Но в реальный условиях биологический потенциал проявляется крайне редко (например, при изъятии из популяции большого числа особей, но при сохранении пищевых ресурсов, условий воспроизводства и абиотических условий существования). Биологический потенциал представляет практический интерес, так как может помочь в прогнозировании процессов восстановления популяций после антропогенного воздействия.

Реальная рождаемость определяется условиями существования и давлением экологических факторов, поэтому она получила название экологической рождаемости или экологического потенциала популяции. Экологический потенциал всегда ниже биологического и определяется половой и возрастной структурой популяции, зависящей в свою очередь от условий конкретного местообитания. Это позволило сформулировать правило максимальной рождаемости (воспроизводства), которое утверждает, что в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного числа новых особей. Очевидно, что это правило – закономерность того же порядка, что и закон максимума биогенной энергии, сформулированного в аутэкологии.

Но даже при самых благоприятных условиях, когда популяция имеет возможность полностью реализовать свой биологический потенциал, рано или поздно наступит момент, когда растущая в геометрической прогрессии численность популяции не сможет быть обеспечена ресурсным потенциалом места обитания. Поэтому в природе выработаны механизмы превентивного самоограничения, самоизреживания[38] популяций – постепенное уменьшение плотности в популяции растущих особей за счет механизма внутривидовой конкуренции. Эта закономерность была сформулирована как правило превентивного самоограничения. Поддержание численности популяции около оптимальной величины происходит за счет колебания численности. Уменьшение численности освобождает ресурсы и обеспечивает успешное воспроизведение в следующем жизненном витке, в следующем поколении. При этом численность переходит за оптимальный размер, что приводит к сокращению ресурсов и уменьшению численности за счет механизмов изреживания популяции.

В природе предусмотрен и еще один механизм для сдерживания перенаселения – это расселение[39]. При расселении особи покидают свое непосредственное окружение и тем самым разреживают скопления. Расселение – не всегда просто «бегство», оно часто сопряжено с открытием, то есть является поисковым расселением – расселением «с целью» поиска новой среды обитания. В популяциях многих живых организмов обнаружен полиморфизм особей по расселяемости (одни являются «бродягами», другие «домоседами»). Предполагают, что сочетание этих групп, представленность в генотипе черт «оседлости» и «бродяжничества» – результат влияния сложного комплекса внешних факторов, сигнализирующих о благоприятных для существования условиях или приближающемся истощении ресурсов.

Динамике численности популяций посвящена огромная экологическая литература. Выявленные в ней закономерности формулируются как правило колебаний (цикличности) численности: никакая популяция не находится в состоянии абсолютной уравновешенности числа особей, обязательно помимо сезонных изменений возникают периодические изменения численности, обусловленные как внешними по отношению к популяции факторами, так и собственной внутренней динамикой. Классический пример циклических колебаний популяций – изменение численности рыси и зайца, лис и мышей.

Давно замечено, что регуляция численности популяции является не прямым результатом изменения внешних факторов. Так, если бы численность популяции снижалась только после того, как значительно были сокращены кормовые ресурсы, а механизмы размножения уже запущены, это привело бы к «выеданию» кормов, разрушению собственной основы жизни и, в конечном итоге, к гибели. Поэтому у большинства видов обнаружено действие правила сохранения видовой среды обитания: популяции не могут абсолютно разрушительно воздействовать на среду своего обитания, поскольку такое разрушение лишило бы их собственной основы жизни. Естественно в эволюции возникли механизмы, превентивно ограничивающие численность и снижающие плотность популяции. Один из механизмов – территориальное поведение особей как форма внутривидовой конкуренции. Многие животные фиксируют границы своих участков (медведи задирают деревья на границе, волки метят территорию, птицы «оппевают» свои участки, образуя своеобразные звуковые границы). Другим механизмом является групповое поведение как форма баланса между противоположными видами активности – агрессией и подчинением. При переуплотнении популяции усиление фактора беспокойства приводит к повышению агрессивности, что вызывает миграции, отстранение от размножения, резорбцию эмбрионов, снижение иммунитета и т.д. У растений известны физико-химические механизмы. Установлено, что корневые выделения оказывают ингибирующее (тормозящее) влияние на развитие близко расположенных особей. (Именно поэтому огородники, чтобы вырастить крупную морковь, тщательно ее прореживают). Все эти механизмы приводят к резкому падению жизнеспособности особей или вызывают их гибель, что ведет к снижению плотности популяции.

3. Закономерности функционирования биогеоценозов (БГЦ).

Биогеоценоз как экосистема.

Биогеоценотический уровень экосистемной организации изучается синэкологией. Этот раздел экологии возник в начале XX века. Сам термин был предложен швейцарским ботаником К. Шретером в 1902г. и принят международным научным сообществом на Международном ботаническом конгрессе в 1910г.

Синэкология изучает наиболее зримые экосистемы. Они видны и очевидны даже ребенку: вот лес, а там, где кончается лес, начинается луг, переходящий в болото. Всем давно очевидно, что живые организмы предпочитают жить группами объединяющими популяции разных видов, совместно населяющими определенные участки пространства. Эти участки – относительно однородные пространственные единицы, характеризующиеся небольшим диапазоном значений экологических факторов, – принято называть биотопом. Совокупность популяций различных видов, населяющих один биотоп, связанных взаимной зависимостью и выступающих как единое целое, называется биоценозом. Биоценоз, размещенный в биотопе и устойчиво осуществляющий биогенный круговорот веществ, формирует экосистему, именуемую биогеоценозом.

Биогеоценоз (БГЦ) = биоценоз ↔ биотоп

Обладая специфической функциональной структурой, комплексом механизмов адаптации (гомеостазирования), БГЦ является экосистемой более высокого уровня, нежели система «популяцияиокружающаясреда». В то же время БГЦ – составная часть (подсистема) биосферы – экосистемы более высокого уровня организации.

Несмотря на видимость, очевидность, зримость, наблюдаемость БГЦ в синэкологии остро стоит проблема реальности существования БГЦ. Одна точка зрения основывается на принципе биоценотической прерывности и пространственной ограниченности биоценоза. Речь идет о БГЦ как квазиорганизме. С другой стороны, исследователи, основываясь на принципе непрерывности, аргументируя свою точку зрения отсутствием четких и определенных границ между биоценозами, отстаивают парадигму континуума. Сторонники организменной парадигмы в качестве примеров приводят слабо нарушенные антропогенным воздействием БГЦ, или БГЦ, расположенные на территориях с резкими колебаниями условий среды в пространстве. Такая мозаика биотопов создает условия биогеоценотической мозаичности с резкими переходами между отдельными БГЦ. Сторонники парадигмы континуума в основном опираются на описания БГЦ, существенно пострадавших от антропогенного воздействия, а также расположенных в однородных природных условиях, где постепенные переходы значений экологических факторов определяет отсутствие резких границ между БГЦ. Споря о реальности существования БГЦ, никто не сомневается в допустимости теоретической конструкции, какой является экосистема БГЦ.

При характеристике биоценоза важны биомасса, видовое разнообразие (обилие и постоянство), пространственные границы, а также пространственная, трофическая и временнáя структура.

Биоценоз не является случайным скоплением организмов разных видов. Во-первых, организмы одного вида существуют упорядоченными сообществами со сложной структурой и своеобразной динамикой. Во-вторых, сочетание различных популяций на одной территории (в одном пространстве) не является случайным. Видовое разнообразие биоценоза, совместное существование множества видов в конкретном биотопе определено следующими причинами:

1. однотипными требованиями к среде обитания. У всех представителей живого существует определенная толерантность, имеются пределы выносливости, выраженные в параметрах экологических факторов. На конкретной территории значение экологических факторов колеблется с некоторой периодичностью в определенных пределах. Поэтому в каждом конкретном биотопе могут существовать (выносить эти условия с различной степенью успешности – от примитивного выживания до процветания) лишь организмы определенных жизненных форм, представители определенных видов, характеризующиеся определенной толерантностью к тем или иным факторам среды. Популяции этих видов и составляют биоценоз в этом биотопе;

2. общим историческим развитием. На одной и той же территории в силу геологических, климатических и иных изменений, диапазон и среднее значение не остаются неизменными. Происходит смена БГЦ. Новые БГЦ на старой территории часто формируются из «старичков» – представителей прежнего БГЦ, которые смогли уцелеть в новых условиях, даже если они не являются оптимальными для них. Так в БГЦ можно встретить представителей реликтовой флоры и фауны;

3. биотическими взаимодействиями. Появление одного вида часто создает условия для существования другого вида, связанного с первым каким-либо видом биотического взаимодействия. В синэкологии выделяют следующие виды биотических взаимодействий:

– конкуренция (требования к какому-либо фактору, чаще всего трофическому, близки настолько, что представители конкурирующих видов вынуждены соревноваться в способности использовать этот фактор),

– квартирантство (различие пищевых предпочтений при сходстве требований к условиям проживания способствует к совместному проживанию без конкуренции за пищу, без паразитизма, когда один организм становится местом проживания другого),

– взаимничество (симбиоз и мутуализм),

– паразитизм,

– хищничество,

– нахлебничество (комменсализм и аменсализм).

В трофической структуре отражены функциональные взаимосвязи между популяциями различных видов. При этом выделяют три основных трофических типа – продуценты, консументы и редуценты (деструкторы). Они разделяются по способу питания на автотрофные и гетеротрофные организмы. Автотрофы питаются автономно, то есть не нуждаются для своего питания в готовом органическом веществе (живом или мертвом). К автотрофам относятся продуценты. Гетеротрофы (дословно – «питающиеся другими») полностью зависят в своем питании от наличия в своей окружающей среде других форм жизни. К гетеротрофам относятся консументы и редуценты. Разнообразие по типам питания тем не менее обеспечивает целостность ценоза за счет внутренних функциональных связей (рис. 4).

Продуценты – организмы, способные производить (продуцировать) органическое вещество из неорганического в процессе фотосинтеза (или хемосинтеза). Именно фотосинтез (или хемосинтез) составляет способ жизнедеятельности этих организмов и подготавливает возможность существования (создает кормовую базу) других организмов, не способных самостоятельно создавать органическое вещество, чтобы выстроить свое тело и обеспечить его функционирование. Этот функциональный компонент в составе БГЦ составляют зеленые растения, так как обязательным условием для осуществления фотосинтеза этими организмами является наличие в их составе пигмента хлорофилла. Другие представители продуцентов – хемосинтезирующие бактерии – используют для образования органического вещества не солнечную энергию, а энергию окисления субстратов. Незеленые растения, неспособные к фотосинтезу, с точки зрения трофической структуры относятся к группе консументов. Таким образом, мы видим несовпадение функциональной структуры БГЦ (экологический ракурс) с систематической структурой (биологический ракурс).

Рис. 4. Функциональная структура БГЦ.

Консументы – организмы, составляющие следующий трофический уровень в БГЦ. Выделяют консументы первого порядка (травоядные, растительноядные) и консументы второго порядка (плотоядные, хищники и паразиты), питающиеся живыми продуцентами или «братьями»-консументами. К консументам относят и детритоядные организмы, питающиеся мертвым растительным или животным материалом.

Редуценты (деструкторы) в отличие от предыдущих функциональных компонентов БГЦ не влияют на скорость продуцирования своих пищевых ресурсов. «И охотящиеся на газелей львы, и питающиеся травой газели, и пораженные ржавчинными грибами злаки – все они в результате потребления ресурса нарушают его способность воспроизводить самого себя. …редуценты… не контролируют скорость, с которой их ресурсы становятся доступными; они полностью зависят от скорости, с которой какой-нибудь другой фактор (старение, болезни, борьба) высвобождает ресурс, обеспечивающий их жизнедеятельность»[40]. Пищевыми ресурсами для редуцентов служат не только тела погибших растений и животных. На протяжении нормального существования организмы непрерывно образуют мертвый органический материал (растения – листовой опад; членистоногие – личиночные покровы; змеи – старую кожу; другие позвоночные – кожу, волосы, перья и рога).

Редуценты осуществляют процесс, обратный процессу фиксации (включению неорганических веществ в состав органического) – разложение (высвобождение энергии и минерализацию химических веществ, то есть превращение веществ из органической формы в неограническую). Разложение осуществляется не только с помощью биологических компонентов БГЦ (редуцентов), но и под воздействием физико-химических факторов. Однако редуценты значительно ускоряют естественное окисление и разложение органики. Кульминацией этого процесса является превращение сложных богатых энергией органических молекул в двуокись углерода, воду и другие неорганические соединения. Некоторые органические вещества на некоторое время входят в состав тела организма-редуцента, а энергия, освобожденная в процессе разложения, используется редуцентом для собственной жизнедеятельности. К редуцентам относятся множество беспозвоночных (например, клещи), бактерии, грибы.

Законы синэкологии.

Представители этих трофических типов (продуценты, консументы, редуценты) последовательно осваивают поступающую на территорию биотопа энергию, чередуются в усвоении питательного вещества, образуя пищевые цепи – ряды живых организмов, в которых одни поедают предшественников, но в свою очередь оказываются пищей для других. Именно поэтому эти типы одновременно образуют трофические уровни. При переходе вещества с одного трофического уровня на другой происходит значительная потеря энергии в результате процессов, сопровождающих дыхание. Поскольку от редуцентов к продуцентам поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35 %), говорить о «круговороте энергии» нельзя. Существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии. На этом основании сформулирован закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая БГЦ и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока на каждом следующем трофическом уровне. Энергия приходит в БГЦ не только непосредственно от Солнца, но и опосредованно через вещественные абиотические компоненты (атмосферу, воду, субстраты). Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни биоценоза, постепенно гасится. В 40-х гг. был даже сформулирован количественный закон – закон (правило) 10 %, или закон пирамиды энергий, согласно которому на каждый последующий трофический уровень (по «лестнице»: продуцент, консумент, редуцент) переходит в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень энергии.

Важность энергетического аспекта функционирования БГЦ позволяет через определение значимости энергетической проводимости подойти к определению сущности жизни. Так, Ю.Н. Куражковский считает закон энергетической проводимости законом сохранения жизни: «жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока вещества, энергии и информации. Прекращение движения в этом потоке прекращает жизнь»[41]. По мнению Н.Ф. Реймерса, «скорее, это общий диалектический постулат или… действительно закон жизни, а не только экологии, хотя он справедлив для любых экологических образований…»[42].

Функциональная структура биогеоценоза позволяет понять, что никакая его функциональная часть не может существовать без других, что и составляет суть принципа экологической комплементарности (дополнительности).

На основании эмпирических данных был сформулирован принцип экологической конгруэнтности (соответствия), расширяющий и дополняющий предыдущую закономерность: функционально дополняя друг друга, живые компоненты биогеоценоза в процессе эволюции вырабатывают соответствующие приспособления, не противоречащие и абиотическим компонентам. Происходит двойное приспособление - организмов друг другу и организмов среде обитания (первичной, независимой от ценоза, и вторичной, создаваемой ценозом).

В начале XX века этот принцип трудно воспринимался особенно относительно тех компонентов биоценоза, которые имели в глазах обывателей отрицательный имидж. Так, еще в 1912 г. Г. Ф. Морозов в своем учении о лесе убеждал современников: «в природе не существует полезных и вредных птиц, полезных и вредных насекомых, там все служит друг другу и взаимно приспособлено»[43].

Даже в настоящее время парадоксальным представляется факт, что любой вид приспосабливается как к определенному источнику питания, так и к тому, чтобы самому быть источником пищи. Существует взаимная адаптация трофических партнеров. Оказывается эволюция видов очень сбалансирована. Виды-жертвы не совершенствуют свой бег настолько, чтобы быть абсолютно недостижимой для хищника пищей. Только в этом случае возможно равновесное развитие популяций. Хищники будут питаться больными, дефектными или стареющими членами популяции жертвы, сохраняя благополучие последней в некоторых границах. Дальнейшее совершенствование жертвы могло бы привести к сокращению популяции хищника и как следствие к ухудшению состояния популяции жертвы из-за отсутствия контроля со стороны хищника.

Это было продемонстрировано в ситуациях почти полного уничтожения поголовья волка в некоторых регионах России, что привело к эпидемиям среди популяций видов, являющихся кормовой базой волка. Взаимные адаптации могут быть достаточно тонкими и сложными. Так, некоторые хищники оберегают вид, которым питаются.

Примером взаимных адаптаций может служить и тот факт, что лавным направлением эволюции взаимоотношений паразит–хозяин оказывается постепенное ичезновение в ходе эволюции вредных для хозяина последствий паразитизма или инфекционного воздействия и переход к нейтральным или даже симбионтным взаимоотношениям.

В связи с обнаружением тесных взаимосвязей внутри биоценоза укрепилось мнение, что фундаментальной единицей эволюционного процесса является не собственно популяция, а именно биогеоценоз[44]. Круговорот вещества, энергии и особенно информации немыслим в рамках одной обособленной популяции. Ведь особи одного вида располагают одинаковым в своей основе качеством и количеством вещества, энергии и информации, что не исключает индивидуальных отличий особей. Новый материал – вещество, энергию и информацию – популяция может получить только во взаимодействии с другими популяциями, с факторами неживой природы, антропогенными факторами, приобретающими все большее значение в эволюции живых систем. В БГЦ осуществляются все связи между особями одной популяции, различных популяций, между разными структурными уровнями жизни. Одним словом, БГЦ – средоточие полноты, многообразия, единства и целостности жизни. Неудивительно, что для многих БГЦ и экосистема – тождественные понятия.

Поскольку виды в сообществе объединены общей судьбой, естественен принцип плотной упаковки (Р. Мак-Артура): виды, объединенные в сообщество (биоценоз), используют все возможности для существования, предоставляемые средой, с минимальной конкуренцией между собой и максимальной биологической продуктивностью в условиях данного биотопа. При этом пространство заполняется с наибольшей (максимально возможной) плотностью. Отсюда вытекает правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена – «природа не терпит пустоты», но в одной нише не могут сосуществовать два близких по экологическим требованиям вида – «в одной берлоге двум медведям не ужиться».

Убежденность в уникальности, значимости и целостности БГЦ позволила сформулировать принцип (закон) формирования экосистемы (функционально-пространственной экологической целостности, связи биотоп – биоценоз). Смысл этого закона в том, что постоянное существование организмов в любом ограниченном пространстве возможно только в экологических системах, внутри которых отходы жизнедеятельности одних видов организмов утилизируются другими видами, компоненты экосистем дополняют друг друга и взаимно приспособлены. Этот принцип формирования экосистем является суммарным выражением двух предыдущих принципов (экологической комплементарности и экологической конгруэнтности).

В начале 70-х гг. Н. Ф. Реймерсом был сформулирован закон внутреннего динамического равновесия[45]: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем связаны настолько, что любое изменение одного из них вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств системы. Закон внутреннего динамического равновесия подтверждается практикой природопользования и характером локальных экологических катастроф. Основные следствия этого закона таковы:

1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистемы) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, направленных в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем.

2. Взаимодействие экологических компонентов в БГЦ нелинейно – слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других или во всей системе в целом. Так, незначительное изменение концентрации углекислого газа в атмосфере вызывает мощный парниковый эффект на планете; увеличение кислотности осадков приводит к массовой деградации лесной растительности в Европе и Северной Америке.

3. Производимые в крупных БГЦ изменения относительно необратимы.

4. Любое местное преобразование природы (в рамках конкретного БГЦ) вызывает в глобальной совокупности биосферы ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно только за счет значительного энергетического вложения.

Разнообразие БГЦ: взгляд в прошлое и будущее.

Перечисленные закономерности справедливы не только для биогеоценозов, составляющих современный лик Земли. Палеонтологические исследования позволяют утверждать, что прошлые биосферы состояли из биогеоценозов, объединяющих популяции видов по принципу экологической комплементарности, экологической конгруэнтности и обязательности заполнения экологических ниш. В них осуществлялся поток энергии и круговорот вещества в соответствии с внутренним динамическим равновесием. Однако нельзя утверждать, что трофическая структура биогеоценозов однотипна. Даже в настоящее время на Земле существуют экосистемы, значительно отличающиеся от традиционных, известных большинству людей наземных и водных биогеоценозов. И это большинство благодаря школьному образованию убеждено в том, что основу жизни на Земле составляет фотосинтез. Благодаря этому процессу продуценты синтезируют органическое вещество из неорганического, консервируя солнечную энергию в энергию химических связей и давая начало цепям и сетям питания. Значит ли это, что в тех местах планеты, куда не проникает солнечный свет, жизнь невозможна? Оказывается, нет!

С появлением в конце 70-х – начале 80-х годов в арсенале исследователей автономных подводных аппаратов стали доступны для изучения рифтовые зоны Мирового океана. В соответствии с теорией глобальной тектоники плит верхняя мантия Земли состоит из движущихся относительно друг друга литосферных плит. Это связано с продолжающейся на Земле гравитационной дифференцировкой недр. Когда Земля около пяти миллиардов лет назад формировалась как планета из более мелких небесных тел, тяжелые и легкие фрагменты «слиплись» случайным образом. До сих пор продолжается постепенная дифференцировка недр: тяжелые компоненты перемещаются ближе к центру Земли, а легкие – поднимаются к поверхности. Этим и объясняется наличие на земной поверхности на дне Мирового океана системы трещин. Такие участки получили название «рифтовые долины». По трещинам поднимаются горячие вулканические газы (углекислый газ, сероводород), нагревающие морскую воду до температуры 300–400 градусов. Фонтаны морской воды, насыщенной сульфидами металлов, выглядят как клубы черного дыма. При соприкосновении с окружающими холодными водами горячие струи охлаждаются, а соли металлов выпадают в осадок, образуя конические постройки в несколько десятков метров. Исследователи назвали эти образования «черными курильщиками».

По традиционным меркам в рифтовых долинах не должно быть жизни. Считалось, что глубины океана населены бедно и только такими формами, которые довольствуются остатками органики, поступающей сверху из фотосинтезирующих слоев океана. Высокая температура, отсутствие солнечного света, ядовитая среда (сероводород, как и соли тяжелых металлов являются ядами) заставляли предполагать, что гидротермальные районы являются оазисами смерти. Но действительность оказалась потрясающей – вокруг «черных курильщиков» кипит жизнь. Их склоны покрыты живыми существами, образующими огромную биомассу – 8–10 кг/м², тогда как в окружающих районах она едва достигала 0,5 кг/м².

Продуцентами в этих глубоководных гидротермальных сообществах являются гигантские черви (вестиментиферы) 1,5–2 м длиной и толщиной 5–6 см. Они выглядят как гигантские прикрепленные ко дну белые трубки, из которых торчат алые щупальца. Пищеварительной системы у этих существ не обнаружено, но внутри тела найден тяж, состоящий из хемосинтезирующих бактерий. Эти бактерии окисляют сероводород и при этом получают энергию. За счет этой энергии они осуществляют фиксацию углекислого газа и воды и синтез из них органического вещества. Таким образом, вестиментиферы являются автотрофными животными, поскольку живут в симбиозе с хемосинтезирующими автотрофными бактериями. Мощная кровеносная система осуществляет доставку к бактериям кислорода и сероводорода посредством молекул гемоглобина. Этим и объясняется ярко красный цвет щупалец. Огромная молекула гемоглобина (в 100 раз крупнее молекулы гемоглобина у человека) способна присоединять с одной стороны кислород, а с другой – сероводород. Такой связанный гемоглобином сероводород уже не является ядом для вестиментифер и безопасно доставляется бактериям.

«Черные курильщики» позволили узнать, что на нашей планете существуют такие оазисы жизни, которые живут не за счет энергии Солнца, а за счет тектонической и химической энергии планеты. Гравитационная дифференцировка недр планеты, которая поддерживает выход горячих газов, как и химический состав этой среды обитания, не зависит от Солнца. Вестиментиферы, создавая органическое вещество, обеспечивают существование и других форм жизни, потребляющих эту органику. Щупальца вестиментифер стригут крабы, крабами питаются рыбы, остатки органики являются питательной средой для огромного количества червей, моллюсков, микроорганизмов.

Еще в начале ХХ века во время глубоководных тралений были обнаружены живые существа, которые впоследствии профессором МГУ В.Н. Биклемишевым были выделены в отдельный тип – Погонофоры, что в переводе означает «бородоносцы». Российский зоолог А.В. Иванов, описал несколько десятков видов этих организмов, похожих на невзрачных червячков, живущих в тоненьких волосовидных трубочках 15–20 см длиной и около миллиметра толщиной. Оказалось, что погонофоры также не имеют пищеварительной системы, но в их теле обнаружены хемосинтезирующие бактерии, окисляющие не сероводород, а метан.

В Атлантике обнаружены биогеоценозы, основу которых составляют не вестиментиферы, а креветки, у которых на поверхности тела расположены все те же хемосинтезирующие бактерии, служащие пищей для этих креветок. В отличие от вестиментифер креветки имеют пищеварительный тракт. Схема их взаимодействия с бактериями иная. Они сначала выращивают на себе бактерии, а затем их съедают. При этом креветки могут подниматься и в верхние слои вод, используя для питания органику, произведенную с помощью фотосинтеза. Наконец, найдены очень древние живые формы, вымершие на мелких глубинах, но продолжающие существовать на больших глубинах. Среди них – крупные белые моллюски, культивирующие бактерии в своих фабрах.

Существование таких альтернативных экосистем и удивительных видов живых существ и их симбиотических сообществ означает, что воздушно-наземные катастрофы, периодические случающиеся на Земле, вряд ли могут изменит условия существования таких биогеоценозов. Даже при глубоком оледенении, таком как протерозойское, например, случившееся 700 миллионов лет назад, когда океан покрывается льдом почти полностью, резко падает фотосинтез, идет массовое вымирание фотосинтезирующих организмов, а вслед за ними – консументов и редуцентов, даже при таких катаклизмах глубоководные геотермальные сообщества не пострадают.

Сукцессии.

Но на поверхности суши достаточно часто в геологическом масштабе можно наблюдать изменения и смены биогеоценозов. Изменением БГЦ во времени определяется временнáя структура БГЦ. Относительное обилие многих организмов в БГЦ меняется в течение года по мере того, как особи завершают свои жизненные циклы при переходе от одного сезона к другому. Очевидны и межгодовые изменения видового обилия, отражающие реакции отдельных популяций на множество экологических факторов. В последний геологический период одним из факторов таких перемен стала человеческая деятельность.

Для характеристики временнóй динамики БГЦ используется понятие «сукцессия». Сторонники двух парадигм в определении сущности БГЦ (организменной парадигмы и парадигмы континуума) различно подходят и к определению сукцессии. Последователи организменной парадигмы считают сукцессией смену биогеоценозов на одной и той же территории (акватории). Сторонники парадигмы континуума сукцессией называют несезонную, направленную и непрерывную последовательность появления и исчезновения популяций видов в некотором биотопе[46].

Сукцессии на заново осваиваемых территориях в отсутствие постепенного изменения абиотических факторов называют первичными – на недавно сформировавшихся песчаных дюнах, застывшей лаве, при отступлении ледника, на отвалах и шламохранилищах. Такие сукцессии обычно идут несколько веков. Первые виды в сукцессии могут настолько изменить условия существования, что становится возможным поселение новых видов. Одна из основных движущих сил первичной сукцессии – изменение почвы первыми колонистами.

Вторичные сукцессии возникают на заселенной уже территории (акватории) как процесс замены на более адекватное данным условиям среды сообщество популяций. Это происходит вследствие постепенного внешнего изменения экологических факторов или в результате внутренних изменений. Например, неполное замыкание вещественного круговорота в границах биотопа, приводит к накоплению или истощению того или иного ресурса (компонента). Именно тогда сообщество заменяется на более адекватное новым условиям.

Такое стабилизированное сообщество Ф. Клементсом названо зрелым, или климаксовым. В таком сообществе выход чистой продукции стремится к нулю. Иными словами количество производимой продукции (биомассы) приближается к расходам на собственные нужды. Такое состояние БГЦ является идеальным, предельным, теоретически возможным, но реально недостижимым для всей Земли уже в силу того, что внешние условия существования БГЦ Земли непостоянны, начиная от изменения светимости Солнца, периодических похолоданий и потеплений, изменения концентрации в атмосфере кислорода и углекислого газа и заканчивая динамикой антропогенного воздействия. Когда БГЦ приближается к состоянию климакса, в ней, как и во всех равновесных системах, происходит замедление всех процессов развития. В рамках правила увеличения замкнутости биогеохимического круговорота веществ в ходе сукцессии, становится очевидным, что антропогенная трансформация БГЦ ведет к длинному ряду аномалий в биосфере.

В результате наблюдений за судьбой различных популяций в БГЦ были установлены два группы видов, имеющие различные стратегии вживания в БГЦ. Так, Э. Планка предложил выделять стратегии по доли энергии, вложенной в размножение, относительно общих затрат на жизнедеятельность[47] (табл. 3). Эта классификация не абсолютна. Экологические наблюдения показывают, что существуют промежуточные варианты с различным сочетанием признаком той и другой стратегии.

Таблица 3. Характеристика видов, обладающих разной жизненной стратегией

В 30-х гг. XX века А.Г. Роменский предложил три типа стратегий выживания среди растений, которые затем нашли подтверждение и в царстве животных: виоленты, патиенты и эксплеренты. Виоленты (силовики, «львы») выживают за счет подавления всех конкурентов. Они обладают высокой конкурентоспособностью и энергией жизнедеятельности. К виолентам относятся виды древесных растений, образующие коренные леса. Патиенты (терпеливые, «верблюды») включают виды, способные выжить в условиях, неблагоприятных для большинства других видов. Это – теневыносливые, тенелюбивые, солелюбивые и виды, выдерживающие экстремальные условия за счет широкой толерантности. Эксплеренты (наполняющие, «шакалы») способны быстро наполнять нарушенные коренные сообщества, первыми заселить те территории, которые неожиданно освободились, и где конкуренция минимальна. Так «поступают» осина и малина на вырубках и гарях, крапива и полынь на пустошах. Это пионерные виды. И хотя они быстро заполняют свободное пространство, так же быстро они могут быть вытеснены более конкурентоспособными видами.

4. Биосфера как глобальная экосистема

Различные концепции биосферы.

Впервые термин «биосфера» появился в научном обороте еще в XIX веке. Ж. Б. Ламарк в работе 1802 года «Гидрогеология» под биосферой понимал совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. Австрийский геолог Э. Зюсс, изучив генеалогию пород, слагающих литосферу в 1875 г. стал обозначать термином «биосфера» совокупность осадочных горных пород, образованных когда-то живыми организмами.

Первые описания биосферы были сделаны географами. А. Гумбольдт разработал учение о природных зонах, которое позже было доработано В. В. Докучаевым. В этом учении биосфера представлялась как упорядоченная совокупность физико-географических поясов, выделяемых на основании теплового баланса на различных участках земной поверхности, который определяется соотношением тепла и влаги и диктует, в свою очередь, тип растительности и животный мир в каждой географической единице. Географическая концепция биосферы основана на различных аспектах районирования поверхности Земли: физико-географическом, геоморфологическом, экономико-географическом, климатическом, почвенном, геоботаническом, зоогеографическом.

В. И. Вернадским была предложена иная концепция биосферы – биогеохимическая, интегрирующая взгляды биологии, химии, геологии, географии на общую модель существования жизни на поверхности нашей планеты. Концепция биосферы В. И. Вернадского учитывает не только то, что мир живой природы находится в прямой зависимости от окружающей косной среды и в своем распространении следует закономерностям распределения характеристик этой среды по поверхности планеты. В своем представлении о биосфере Вернадский впервые доказал, что мир неживой природы подвергается сильнейшим изменениям под воздействием живого вещества. Вот как об этом писал директор Института экологии растений и животных С. С. Шварц: «Величие Вернадского и Сукачева не в том, что они показали зависимость растительного и животного мира от окружающей их косной среды (это понимали многие ученые и до них), а в том, что им впервые удалось доказать, что окружающий нас мир неживой природы подвергается сильнейшим изменениям под влиянием живого вещества планеты»[48]. По выражению Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным результатам, чем живые организмы, взятые в целом». Свободное использование Вернадским понятийного аппарата современного естествознания применительно к биосфере позволило ему представить эту сферу распространения жизни не только как географическую, но и как химическую, геологическую, энергетическую систему.

В связи с экологическим кризисом в XX веке возникли социальные концепции биосферы. Их основу составляют представления о биосфере как материально-энергетической основе существования человечества. Особую роль в становлении социальных концепций биосферы сыграла деятельность интернациональной некоммерческой общественной экспертной организации «Римский Клуб», созданной группой ученых, предпринимателей и общественных деятелей в 1968 году. Под эгидой этой организации были проведены исследования потребностей и возможностей развития человеческого сообщества и разработаны перспективы такого развития. Для этого потребовалась модель мира. Эта модель была представлена Дж. Форрестером (Массачусетский технологический институт) и стала основанием для принятия знаменитой экологической концепции развития человечества. Знаменитая работа Форрестера «Мировая динамика» породила лавину исследований, получивших впоследствии название «глобального моделирования». Форрестер очертил рамки модели и ввел основные гипотезы, разработанные в дальнейшем более подробно группой под руководством Д. Медоуза в работе «Пределы роста». Современные социальные концепции биосферы разрабатываются как основания различных стратегий выживания человечества.

Основные положения учения о биосфере В.И. Вернадского

Владимир Иванович Вернадский является представителем той категории ученых, которых можно считать поистине великими, поскольку они явились создателями учений, послуживших основой научного мировоззрения эпохи. Аристотель, Абу Али Ибн-Сина (Авиценна), Леонардо да Винчи, Ж. Б. Бюффон, М. В. Ломоносов, обобщили результаты исследований своей эпохи, сведя их в единую целостную картину мира. Учение В. И. Вернадского о биосфере не только явилось крупнейшим научным обобщением, но и основанием для рождения нового мировоззрения, повлиявшего на развитие общества. Создание же такого учения было подготовлено не только развитием науки, но и духовно-интеллектуальной биографией удивительного русского ученого, представителя русского космизма – Владимира Ивановича Вернадского.

● В концепции В. И. Вернадского биосфера является не только результатом земных процессов, но и в не меньшей степени созданием Космоса. Она возникает на границе земной коры с космической средой. Биосфера – часть земной поверхности на границе с космической средой, наполненная жизнью и находящаяся в пространстве бесконечного числа различных излучений. Вот как об этом писал сам В. И. Вернадский[49]:

«Космические излучения вечно и непрерывно льют на лик Земли мощный поток сил, придающий совершенно особый, новый характер частям планеты, граничащим с космическим пространством. Благодаря космическим излучениям биосфера получает во всем своем строении новые, необычные и неизвестные для земного вещества свойства, и отражающий ее в космической среде лик Земли выявляет в этой среде новую, измененную космическими силами картину земной поверхности»[50].

«Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма, в котором, как мы знаем, нет случайности»[51].

Наибольшее влияние на формирование биосферы из всего разнообразия космических излучений оказывает солнечное излучение.

«Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений; она составляет планетарный механизм, превращающий их в новые разнообразные формы земной свободной энергии, которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты»[52].

Солнечные излучения (150 %), проходя через атмосферу, уменьшаются на треть (100 %). Из этого потока:

– около 30 % отражается от поверхности Земли (большей отражающей способностью обладает сухой песок – до 95 %, меньшей свежевспаханная земля – пар – до 5 %, альбедо растительного покрова – 10–25 %);

– 46 % превращается в тепло;

– 23 % затрачивается на процессы испарения;

– 0,2 % обеспечивают ветер, волны, течения;

– 0,8 % обеспечивают процесс фотосинтеза. Но именно эта мизерная доля запускает глобальные биосферные механизмы, изменяющие лик Земли.

«…фотосинтез… связан с особыми чрезвычайно сложными механизмами, создаваемыми им самим при условии одновременного проявления и превращения в окружающей среде ультрафиолетовых и инфракрасных радиаций Солнца»[53].

В своих рассуждениях Вернадский опирался на выводы французского ученого Анри о космической и планетарной роли живых организмов как преобразователей солнечной энергии. Обобщая и утоняя взгляды В. И. Вернадского на влияние космических излучений на живое вещество и их роль в формировании лика Земли, последователи ученого сформулировали эту точку зрения в виде закона. Закон преломления биосферой космических воздействий утверждает, что космические факторы, оказывая воздействие на биосферу, подвергаются изменению и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Многие процессы на Земле и в биосфере подвержены влиянию космоса и отражают цикличность солнечной активности с интервалом 1850, 600, 400, 178, 169, 88, 83, 33, 22, 16,1, 11,5 (11,1), 6,5 и 4,3 года. Однако сама биосфера и ее подразделения не обязательно во всех случаях реагирует с той же цикличностью. Биосфера может блокировать космические воздействия нацело или частично. Такие тенденции существуют, хотя они нечетко детерминированы во времени [54]. Так, короткие световые волны, разрушающие все живые организмы, задерживаются нацело в стратосфере.

«Чрезвычайно характерно, что главное поглощение этих лучей связано с озоном, образование которого обусловлено существованием свободного кислорода – продукта жизни»[55].

«Изучение отражения на земных процессах солнечных излучений уже достаточно для получения первого, но точного и глубокого представления о биосфере как о земном и космическом механизме»[56].

– Биосфера имеет вполне определенную структурную организацию. Основу биосферы составляет живое вещество как совокупность всех живых организмов на планете. Понятие «живое вещество» конкретизирует, «приземляет» философское понятие «жизнь» и «живое». С помощью живого вещества осуществляется перевод понятия «жизнь» на язык химии, физики и геологии. Рассмотрение живого в ракурсе материально-вещественном и информационно-энергетическом да еще в глобальном планетарном масштабе явилось революционным событием в науке и заложило основы новых научных направлений биогеохимии и глобальной экологии.

«Живое вещество придает биосфере совершенно необычный и для нас пока единственный в мироздании облик. Помимо нашей воли, мы не можем не различать в ней два типа вещества – косное и живое, влияющие друг на друга, но в некоторых основных чертах своей геологической истории разделенные непроходимой пропастью»[57].

Выделяя два типа вещества на планете, В. И. Вернадский, опираясь на учение Докучаева о почвах, обратил внимание на почву как особый тип вещества – биокосное вещество. В состав косного вещества вошли биогенное вещество; минералы; вещество в радиоактивном распаде; вещество в рассеянных атомах; космическое вещество (космическая пыль).

«В земной коре можно отличить четыре разные формы нахождения химических элементов, через которые они проходят в течение хода времени и которые определяют их историю.

Эти четыре формы суть следующие: 1) горные породы и минералы, где преобладают стойкие и неподвижные молекулы и кристаллы комбинаций элементов; 2) магмы – вязкие смеси газов и жидкостей, находящиеся в состоянии подвижной смеси диссоциированных атомных систем, в которой отсутствуют и кристаллы, и молекулы нашей химии; 3) рассеяния элементов, когда отдельные элементы находятся в свободном состоянии, отделенными друг от друга …; 4) живое вещество, состояние атомов в котором неясно; мы обычно представляем себе эти атомы в состоянии молекул, диссоциированных систем ионов, рассеянных нахождений.

Живое вещество обладает симметрией, хиральной ассиметричностью, средним химическим составом и свободной энергией.

«Живые организмы составлены из структур того же рода, правда, более сложных, как и те, которые строят косную материю».

В живом веществе обнаружены все элементы, входящие в периодическую систему Д.И. Менделеева. Однако несколько элементов составляют до 96 % массы живого вещества. Это кислород (70 %), углерод (18 %), водород (8 %), азот (0,5 %) и кальций (0,5 %). Закон физико-химического единства живого вещества:все живое вещество Земли физико-химически едино. В законе утверждается лишь качественный аспект единства (качественно жизнь едина), что не исключает количественной биогеохимической специфики видов живого, в том числе индивидуальных, половых и возрастных различий.

Биосфера имеет определенные пределы, то есть некоторые конечные размеры, в рамках которых она может быть выделена и научно изучена. Пространственные и временные ограничения (пределы) связываются с полем существования живого и определяются деятельностью этой главной движущей силы биосферы – деятельностью живого вещества. В свою очередь пределы жизни основаны на возможности существования живых организмов в их амплитудах приспособляемости. Это позволило Вернадскому говорить о биосфере как своеобразной оболочке, поскольку, по его мнению, исключающие жизнь условия проявляются на всей поверхности планеты одновременно. Речь идет о верхнем и нижнем пределе жизни, т.е. о границах биосферы. По представлениям Вернадского лимитирующими факторами распространения жизни являются ультрафиолетовое излучение и температура.

«Верхний предел обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь. …Озонный экран определяет только верхнюю границу возможной жизни. В действительности она прекращается в атмосфере гораздо ниже. Нет ни одного организма, который всегда бы жил в воздушной среде. И лишь тонкий слой атмосферы, исчисляемый десятками метров… может считаться переполненным жизнью.

…Нижний предел связан с достижением высокой температуры, ставящей предел жизни с неменьшей необходимостью. …По-видимому эта граница должна определяться температурой, а не химическим составом, так как отсутствие свободного кислорода не может служить препятствием для жизни. …В среднем можно считать, что глубже 3 км от земной поверхности живые существа в их современном виде существовать не могут. …Вероятно, плавающие глубоководные формы могут заходить в самые большие океанические глубины, но находки со дна глубже 6,5 км пока неизвестны»[58].

Современные исследования значительно развили представление о границах биосферы.

– Биосфера – не только область вещества, но и область энергии.

Вещество биосферы благодаря космическим лучам, а более всего солнечному излучению, пронизано энергией. Преобразование этой энергии – суть деятельности живого вещества на планете и одновременно способ бытия, способ самоподдержания, способ существования.

«Вещество биосферы… проникнуто энергией, оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает ее в конце концов в энергию в земной среде свободную, способную производить работу. Образованная им земная поверхностная оболочка не может, таким образом, рассматриваться как область только вещества; это область энергии, источник изменения планеты внешними космическими силами»[59].

Непосредственно использует солнечный свет лишь часть организмов, а именно – зеленые растения. Однако с этой зеленой частью непосредственно и неразрывно связан весь остальной живой мир. Поэтому Вернадский рассматривал всю живую природу как механизм «превращения солнечной энергии в действенную энергию Земли».

«Можно, следовательно, брать все живое вещество в целом, т.е. совокупность всех живых организмов без исключения, как единую, особую область накопления свободной химической энергии в биосфере, превращения в нее световых излучений Солнца»[60].

«Можно утверждать, что такое превращение энергии нормально будет происходить с каждым солнечным лучом, и можно рассматривать это превращение энергии как свойство живого вещества, как его функцию в биосфере»[61].

– Благодаря структурным и функциональным связям биосфера представляет единство, целостность, закономерное проявление механизма планеты. Биосфера – не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере, атмосфере. В.И. Вернадский указывает ее основное отличие – это организованная оболочка. Как глобальная экосистема биосфера представляет единство живого и окружающей его среды в формате планеты Земля.

Функциональная структура биосферы определяется деятельностью живого вещества. Существование биосферы определяется функциями живого вещества в ней. Эти функции легко проследить, если обратиться к глобальным следствиям для планеты основных жизненных проявлений: питания, дыхания и размножения.

В. И. Вернадский абстрагировался от конкретных форм и способов питания у различных видов живых организмов, но сосредоточился на глобальном биогеохимическом результате. Это позволило ему выделить ◄концентрационную функцию живого вещества: отбирая для питания определенное вещественное содержание, живое концентрирует в себе определенные вещества. Эта догадка Вернадского получила подтверждение уже после его смерти в 1949 году в исследованиях его ученика и последователя А.П. Виноградова. Были установлены следующие закономерности.

1. Подвижные элементы, даже содержащиеся в малых концентрациях в окружающей среде (например, йод, литий, фтор), концентрируются в живых организмах в значительных количествах.

2. Малоподвижные вещества, содержащиеся в окружающей среде даже в высоких концентрациях, тем не менее, в живых организмах не накапливаются (титан, цирконий и т.п.).

3. Химический элементарный состав живого вещества является периодической функцией атомного номера элемента в таблице Менделеева. В ряду с четным номером каждый шестой элемент после кислорода характеризуется повышенной способностью к концентрации в живом (железо, стронций, барий…). В ряду элементов с нечетным атомным весом эта же закономерность касается каждого шестого элемента, начиная с водорода (магний, рубидий, цезий…).

4. В природе существуют виды организмов – концентраторы названных элементов. Наибольшая концентрация элементов свойственна простейшим организмам и представителям древних форм жизни. Так, в составе красных водорослей до 1 % составляет йод, а железобактерии вообще на 20 % состоят из атомов железа.

5. С возрастанием порядкового номера элементов в группе периодической системы увеличивается ядовитость элемента. Так, в III группе цинк является обычным элементом, кадмий – токсичным, а ртуть относится к высоко токсичным веществам.

Питание как глобальный процесс, происходящий в живом веществе, непосредственно и тесно связан с косным и биокосным веществом планеты. Посредством питания живое вещество взаимодействует с косным, создавая единые биохимические циклы.

«В истории всех химических элементов в областях скоплений жизни имеет значение двоякого рода процессы: во-первых, прохождение данных химических элементов через живое вещество и, во-вторых, выделение их – уход из живого вещества в виде вадозных соединений. В общем выделение этих тел в течение короткого, например годового, цикла жизни не заметно, так как количество выходящих из жизненного круговорота в этот промежуток времени элементов ничтожно. Оно становится заметным лишь в долгие промежутки времени, даже не исторические, но геологические»[62].

Другим важнейшим проявлением жизни, позволяющим раскрыть функции живого вещества в биосфере, является дыхание – газовый обмен организмов с окружающей их газовой средой. Рассуждая о глобальном биогеохимическом результате дыхания, Вернадский фактически определил ◄газовую функцию живого вещества: газовый состав атмосферы во многом определяется деятельностью живого вещества биосферы.

«Генетическая связь жизни с газами биосферы чрезвычайно велика. Она даже глубже, чем это с первого взгляда кажется. Газы биосферы всегда генетически связаны с живым веществом, и земная атмосфера им определяется в своем основном химическом составе. …Все количество газов, таких, как свободный кислород и углекислота, которые находятся в атмосфере, состоит в динамическом равновесии, в вечном обмене с живым веществом. Потерянные живым веществом газы немедленно в него возвращаются, и их вход и выход из организма нередко совершается почти мгновенно. Газовый ток биосферы теснейшим образом связан, таким образом, с фотосинтезом, с космическим источником энергии»[63].

Наконец, третьим свойством живого, определяющим его глобальную биосферную функцию, является размножение. Именно размножение обеспечивает ◄транспортную функцию живого вещества в биосфере. Посредством размножения живое достигает непрерывности существования в пространстве и во времени. Вернадский обращает внимание на то, как быстро «жизнь входит в свои права», на участках, где жизнь прекратилась в результате какого-либо стихийного бедствия.

«Область жизни, по-видимому, расширяется в геологическом времени, …она всегда охватывает или стремится охватить до конца все доступное ей пространство… Ясно, что это стремление является отличительной чертой живого вещества, а не проявлением чужой ему силы, как, например, при растекании песчаной кучи или ледника под влиянием силы тяготения.

Растекание жизни – движение, выражающееся во всюдности жизни – есть проявление ее внутренней энергии, производимой ею химической работы. …растекание по поверхности планеты живого вещества есть проявление его энергии, неизбежного движения, занятия нового места в биосфере новыми, созданными размножением организмами. Оно есть проявление прежде всего автономной энергии жизни в биосфере. Эта энергия проявляется в работе, производимой жизнью, в переносе химических элементов и в создании из них новых тел.

Это движение живых организмов путем размножения… идет в биосфере непрерывно и является характернейшей и важнейшей по своим эффектам чертой ее механизма. …Неуклонно и неизменно оно длится без перерыва и без замедления мириады лет, все время совершая огромную геохимическую работу, являясь формой проникновения энергии солнечного луча в нашу планету и ее распределения по земной поверхности»[64].

Все три перечисленные функции живого вещества в биосфере в объединенном виде позволили Вернадскому говорить о ◄геохимической функции живого веществ в биосфере. Последователь В.И. Вернадского А.Н. Перельман на основании рассуждений о биогеохимических процессах в биосфере сформулировал закон биогенной миграции атомов: «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О_2, СО_2, Н₂ и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей человеческой истории»[65].

«Мы имеем здесь дело с новым процессом – с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности.

Этим путем живое вещество меняет биосферу и земную кору. Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая огромные толщи неведомых помимо него… минералов или пронизывая тончайшей пылью своих остатков косную материю биосферы. Оно, с другой стороны, своей космической энергией нарушает формы тех соединений, которые образовались помимо непосредственного его влияния.

Вся земная кора целиком, на всю доступную нашему наблюдению глубину, изменена этим путем. Все глубже и глубже в течение геологического времени благодаря этому воздействию живого вещества проникает внутрь планеты измененная лучистая космическая энергия.

Косное вещество есть, в значительной мере, создание жизни…»[66].

«В общем, для всех пленок – и гидросферы, и суши – существуют регулируемые Солнцем усиления и ослабления размножения – хода геохимической энергии живого вещества, «вихрей» химических элементов, им захватываемых. Геохимические процессы пульсируют, закономерно замирают и усиливаются»[67].

Закон биогенной миграции атомов чрезвычайно важен. Теоретически он дает понимание общих химических процессов на поверхности планеты, подчеркивает необходимость учета биотических и биогенных факторов в общей картине развития планеты Земля. Практически закон биогенной миграции атомов дает в руки человечества ключи для сознательного управления биогеохимическими процессами на планете и в отдельных регионах. Но для этого должен быть создан четкий и понятный механизм, основанный не только на теоретических выводах, но и на обобщении огромного эмпирического материала. В настоящее время происходит сбор фактических данных, которые помогут определить тактику управления природными процессами.

Это особенно важно сейчас, когда человечество нарушает природные закономерности распределения живого вещества планеты. Во-первых, человечество втягивает в свой антропогенный канал не менее 20 % продукции всей биосферы; во-вторых, люди снизили количество живого вещества Земли не менее чем на 30 %. Это приводит к выводу, что планета приближается к глобальному термодинамическому (тепловому) кризису. Поскольку это инерционный процесс, начальные фазы его мало заметны, но остановить кризисные явления будет чрезвычайно сложно[68].

Эволюция биосферы

В.И. Вернадский, создав учение о биосфере, не мог обойти вниманием проблему эволюции биосферы. Его предположения в этой области, сформулированные в работе «Как эволюция видов переходит в эволюцию биосферы», можно свести к следующим:

1) в силу специфики живого биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему выражению;

2) эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов;

3) в течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества, существующего на данный момент на планете. Это положение известно как правило полной заселенности планеты Земля во все геологические времена.

Позиция Вернадского относительно эволюции биосферы заключалась в том, что изначально биосфера Земли была сложной системой, состоящей не просто из первичных видов, но и первичных биоценозов, так как ни один вид не мог бы исполнять биогеохимическую функцию в полноте, то есть осуществлять круговорот. На это способны лишь группы из комплиментарных и конгруэнтных видов.

Эти идеи Вернадского приводят к выводу о том, что жизнь – свойство, присущее экосистеме в целом, а не отдельным организмам или организованным скоплениям молекулярных соединений.

Последующая разработка проблемы эволюции биосферы стала возможна благодаря успехам палеобиологии и палеоэкологии с одной стороны и бурно развивающейся теорией систем – с другой. В тоже время интерес к эволюции биосферы продиктован проблемами безопасности и стратегии выживания человечества.

Анализ временнóй структуры биогеоценозов показал, что причиной сукцессии является, прежде всего, изменение биотопа. С одной стороны, это могут быть изменения внешнего порядка, когда изменения продиктованы факторами внешней по отношению к биогеоценозу среды (космическими, антропогенными). С другой стороны сукцессия – естественный процесс, который возникает по причине незамкнутости круговорота веществ внутри биогеоценоза. Степень замкнутости биогеохимических циклов в рамках конкретного биогеоценоза обычно высока, но не абсолютна, и тем более не одинакова в различных биогеоценозах. Именно выявление этих фактов привело экологов к формулировке правила незамкнутости биогеохимических круговоротов. Подтверждением этого правила является образование биогенных геологических пород – отложений каменного угля, залежей нефти и т.д.

Эволюционное развитие также является доказательством этой закономерности. В условиях полной замкнутости биотических круговоротов, а значит безупречной «подогнанности» элементов экосистемы, выражающейся в полной экологической конгруэнтности и комплиментарности, не происходило бы эволюции. Этот процесс оказался бы невостребованным и бессмысленным, а экосистемы такого рода сохранялись бы в течение неопределенного длительного времени. Именно это мы наблюдаем в наиболее древних для современной биосферы биогеоценозах – тропических лесах. В этих экосистемах обнаружена максимальная замкнутость биогеоценотического круга. Полная переработка энергии, поступающей на эти участки земной поверхности, разветвленными пищевыми сетями, состоящими из тонко сбалансированных и необыкновенно разнообразных видов живых организмов, сохраняет в неизменности условия существования этих видов. Это в свою очередь тормозит эволюционные процессы, снижая активность таких факторов эволюции как мутации, направленный отбор и т.д. Основной формой естественного отбора в такой ситуации становится стабилизирующий отбор, позволяющий удерживать характеристики живых организмов в пределах нормы, проверенной временем и адекватной сложившимся условиям.

В 80-е годы появились работы Ю. Голдсмита, развивающего идеи экодинамики как неклассической термодинамики, что позволяет избежать редукционизма в воззрениях на экосистемы. В рамках этого подхода Ю. Голдсмит сформулировал несколько законов экодинамики[69].

1. Закон сохранения структуры биосферы – информационной и соматической. Биосфера в ходе эволюции на каждом этапе развития, очевидно, представляла собой сложную и информационно насыщенную систему, состоящую из разнообразных биогеоценозов, включающих многообразие видов живых организмов.

2. Закон стремления к климаксу. Для сохранения структуры биосферы, для достижения устойчивости, живое стремится к достижению состояния максимальной замкнутости биогеохимических круговоротов, то есть к достижению экологического равновесия, зрелости, климаксу.

3. Принцип экологического порядка, или экологического мутуализма. Сохранение стабильности биосферы возможно только при условии, что элементы информационной и соматической структура взаимодействуют не хаотично, а сбалансировано, подчиняясь принципам конгруэнтности, комплиментарности, мутуализма. Н.Ф. Реймерс интерпретирует эту закономерность следующим образом: «заполнение пространства внутри природной системы в силу взаимодействия между ее подсистемами упорядочено таким образом, что позволяет реализовать гомеостатические свойства системы с минимальными противоречиями внутри нее»[70].

4. Закон самоконтроля и саморегуляции живого. Живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю саморегулированию в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде. Эти процессы зачастую сопровождаются исчезновением, кардинальным изменением каких-либо подсистем, например, некоторых биогеоценозов или популяций. С точки зрения человеческой морали это выглядит не всегда «гуманно», но благополучно «с точки зрения природы», поскольку ведет к получению блага – достижению устойчивости. Этот закон Ю. Голдсмит предлагает рассматривать и для антропоэкологических систем. Человечеству для выживания в биосфере, то есть сохранению устойчивости, достижения гомеостаза с биосферой как средой существования необходимо начать саморегуляцию и перейти к самоконтролю, заменив этим стратегию нарастающего экстенсивного преобразования природы.

Но при всех изменениях внутри глобальной экосистемы – биосферы – неизменным оставалось одно – наличие ярко выраженного круговорота веществ. Причем в рамках планеты открытость этого круговорота имела физические препятствия (космопланетарные). Планета относительно изолирована в космическом пространстве, являясь отдельным физическим телом. Обмен веществом с космическим пространством хоть и существует, но этот поток неизмеримо мал в масштабе вещества планеты. Эти рассуждения привели к формулировке закона глобального замыкания биогеохимического круговорота.

Глобальное замыкание биогеохимического круговорота как непреложный закон существования биосферы на любом этапе ее развития осуществляется за счет биотического компонента. Именно биота вносит организующее начало, именно жизнь обладает свойством саморегуляции и самоконтроля, именно живое играет ведущую роль в развитии экосистем всех уровней. Обратив на это внимание, русский эколог Э.И. Колчинский сформулировал некоторые тенденции эволюции биосферы, сводящиеся к закону увеличения доли биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота вещества. Действие этого закона проявляется в следующих тенденциях:

– постепенно увеличивается общая биомасса и продуктивность биосферы;

– происходит накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли (биосфера становится все более энергетически емкой);

– увеличивается информационная емкость биосферы, что проявляется в росте разнообразия органических форм и возрастании дифференцированности физико-географической структуры биосферы;

– усиливаются биогеохимические функции живого вещества и преобразующее воздействие жизни на атмосферу, гидросферу и литосферу;

– усложняется структура биотического круговорота на фоне замены старых «экогеноэлементов» (элементов биоты в экосистемах) новыми.

Деятельность человека зачастую противостоит этим тенденциям. Истребление лесов и отдельных видов живого приводит к снижению биомассы биосферы и снижению ее разнообразия. Загрязнение среды инородными для биосферы агентами приводит к деградации экосистем, снижению информационной емкости биосферы и степени замкнутости биогеохимических круговоротов. Это и ставит проблему выживания человечества, поскольку принцип самоконтроля и саморегуляции «толкает» биосферу на путь вычленения из глобальной экосистемы и нейтрализации дисгармонизирующего систему элемента.

5. Формы антропоэкологического взаимодействия.

Антропоэкосистема.

Выявленные в биоэкологи закономерности взаимодействия живого и его структур (организмов, популяций, биоценозов, биоты в целом) провоцируют вопрос: а подвержен ли человек и человеческие общности этим закономерностям? Входит ли человек с его сложнейшей социальной структурой в экологические системы? Каковы закономерности взаимодействия человеческих сообществ с окружающей их средой?

Впервые эта проблема была поставлена социальной философией. Взаимосвязь между природной средой и социальным устройством отмечали в своих работах Аристотель и Макиавелли. В середине XVIII века французский адвокат и один из виднейших политических теоретиков своей эпохи Шарль-Людовик де Секондат, барон де ля Бред и де Монтескье в работе «О духе законов» формулирует важное двуединое положение о законах. Он связывает концепцию естественного права с тезисом о том, что формулировки законов определяются различными историческими и природными условиями. Монтескье рекомендует эмпирически исследовать взаимосвязи между конкретной средой и отвечающей формулировками законов. Сам же автор приводит в работе довольно общие соображения о том, какое влияние оказывают на политику и законодательство климат и почва, например. Монтескье приводит классификацию и описание форм правления, напрямую связывая их с климатическими условиями. Философ считает, что та или иная форма правления предпочтительнее и вероятнее возникает лишь в определенном климате.

К проблеме реального существования, структурной организованности и генезиса таксономических единиц человечества обращались и другие исследователи. В этнографии и этнологии большее внимание уделялось культурному аспекту в типологии человечества. Так, М.Г. Левиным и Н.Н. Чебоксаровым было введено понятие «хозяйственно-культурный тип». Согласно их определению, хозяйственно-культурные типы – это исторически сложившиеся комплексы хозяйства и культуры, типичные для различных по происхождению народов, обитающих, однако, в сходных географических условиях и находящихся примерно на одинаковом уровне исторического развития[71]. Такое понимание основано на наблюдении сходных комплексов материальной культуры у народов, находящихся на одном уровне социально-экономического развития, в близких природных условиях, но различных по происхождению и зачастую разделенных между собой огромными расстояниями. Исследователи выражали убеждение, что из всех явлений культуры с географической средой наиболее тесно связана хозяйственная деятельность человека. Позже было обращено внимание на непосредственную связь элементов духовной культуры с характером хозяйственной деятельности. Из всех явлений культуры с географической средой наиболее тесно связана хозяйственная деятельность человека, которая является опосредующим механизмом между природой и человеческой общностью. Формирование у различных народов сходного хозяйства и зависящих от него комплекса культурных элементов происходит, очевидно, вследствие параллельного развития в близких природных условиях. Именно поэтому различные народы образуют сходные культурные феномены, занимаясь одним типом хозяйственной деятельности в одинаковых условиях окружающей среды. Так, например, эскимосы, алеуты, чукчи – охотники на морского зверя; для народов Центральной Африки и семангов Малаккского полуострова основное занятие охота и собирательство в тропическом лесу определяет не только хозяйственное поведение, но и культуру в целом[72].

Рассматривая хозяйственный коллектив во взаимодействии с освоенной им территорией, легко заметить аналогию с биогеоценозом. В обоих случаях речь идет о единстве популяций живых организмов с биотопом. Однако в данном случае центральным объектом является не биоценоз в целом, а сообщество людей, то есть популяция всего одного вида живых существ, определяющего и направляющего взаимодействие внутри системы. Биоценоз становится элементом окружающей человеческую популяцию среды. Такой симбиоз между хозяйственным коллективом и освоенной им территорией был назван В.П. Алексеевым антропогеоценозом. Антропогеооценоз – симбиоз между хозяйственным коллективом и освоенной им территорией, а также сам коллектив в сочетании с эксплуатируемой территорией на разных этапах человеческой истории[73].Для обозначения этого явления Н.Ф. Реймерс ввел понятие «антропосистема», а В.П. Казначеев – понятие «антропобиогеоценоз».

В последнее десятилетие все чаще для обозначения единицы взаимодействия человечества с природной средой употребляют ключевое внемасштабное понятие «антропоэкосистема».

Антропоэкосистема – пространственное подразделение среды обитания человека, во всех своих частях обладающее сходством природных, социально-экономических, производственных, эколого-гигиенических, культурно-бытовых условий жизнедеятельности населения, которые формируют мировосприятие и экологическое сознание, уровень здоровья, демографическое поведение, физический облик, трудовые навыки, образ жизни, обряды и обычаи, выбор религии, профессиональные предпочтения и пр. [74].

Понятие «антропоэкосистема» имеет ключевое значение в социальной экологии, поскольку антропоэкологические исследования в этом случае сводятся к изучению различных антропоэкосистем – городских, сельских, тропических периода архаики, степных периода средневековья, мегаполисов современности. Изучение антропоэкосистем осуществляется с различными целями, главными из которых являются следующие:

– выделение антропоэкосистем как целостности из множества объектов,

– выявление структуры антропоэкосистемы,

– определение закономерностей развития и прогнозирование поведения антропоэкосистем,

– управление развитием антропоэкосистем.

С понятием «антропоэкосистема» упрочилось понимание того, что люди живут не популяциями, как все другие виды живых организмов. Их сообщества определяются не только и не столько генетическими закономерностями и особенностями, сколько способом взаимодействия с окружающей средой, а именно хозяйственной деятельностью, обеспечивающей выживание на конкретной территории.

Структурными компонентами антропоэкосистем являются:

1. общность людей как хозяйственный коллектив и демографическое целое,

2. ее производственная деятельность,

3. эксплуатируемая территория.

Все названные компоненты сами по себе достаточно сложны и образуют иерархическую структуру, взаимодействие элементов которой и обеспечивает функционирование антропоэкосистемы как целого.

Общность людей поддерживается определенной социальной связью. Она реагирует на воздействие отдельных элементов и всей совокупности факторов окружающей среды изменением основных характеристик – численности, демографического поведения, экологического сознания, уровня здоровья, профессиональных предпочтений, уровня образования.

Каждой общности, составляющей ядро той или иной антропоэкосистемы, свойственная определенная численность. В антропоэкосистеме земледельцев она достаточно велика и исчисляется тысячами, а в сообществах охотников падает до нескольких десятков. При этом существенно соотношение двух показателей численности: общая численность и численность здорового взрослого населения. Численность всего сообщества включает людей, принимающих участие в потреблении продуктов труда и природных ресурсов. Молодые члены сообщества еще не участвуют в производственной деятельности в силу неготовности, а представители старшего поколения, несмотря на опытность, утратили жизненные силы и физические возможности для проявления трудовой активности.

Особое значение имеет эффективный репродуктивный объем общности людей, обеспечивающий собственное воспроизводство. Оптимальное соотношение представителей разных возрастов и полов при характерной для каждой конкретной антропоэкосистемы продолжительности жизни является показателем благоприятной демографической ситуации и способствует процветанию общности людей конкретной антропоэкосистемы.

Уровень здоровья – количественная и оценочная характеристика качества населения. По разработке Всемирной Организации Здравоохранения эта характеристика определяется на основе показателей заболеваемости, инвалидности, рождаемости, общей смертности, смертности новорожденных, продолжительности жизни, достаточности питания и в значительной мере зависит от состояния окружающей среды, от условий жизни (природных, социально-экономических, техногенных), от образа жизни. Как правило, выделяют несколько типов жизнедеятельности в общности людей через показатель здоровья:

– полноценная здоровая жизнедеятельности,

– жизнедеятельность с надежной и эффективной работоспособностью при наличии некоторых функциональных и морфологических изменений,

– компенсированное состояние жизнедеятельности: сохранение в основном функциональных возможностей организма даже при наличии хронических заболеваний,

– простое «выживание», жизнедеятельность, осложненная тяжелыми, хроническими заболеваниями, инвалидностью.

В сложных антропоэкосистемах с разветвленной системой жизнеобеспечения и сложной профессионально-ролевой структурой важное значение имеет оптимальное соотношение численности профессиональных групп. При этом факторы окружающей среды, как природные, так и социально-экономические, существенно влияют на выбор профессий внутри реальных общностей людей. Так, житель тундры не может стать земледельцем, а житель пустыни – лесорубом, оставаясь в пределах своей общности. Природные сообщества в ареале проживания человеческой общности в значительной мере определяют род занятий людей. В древних антропоэкосистемах возможности профессионального выбора были очень ограничены. Появление городов, профессиональная специализация и дифференциация значительно расширили количество профессий, но цеховой принцип достаточно жестко ограничивал возможности профессионального выбора. Сын сапожника чаще всего становился сапожником, как сын гончара – гончаром. Другим фактором, сокращающим варианты выбора рода занятий, является социальная иерархия. Так, ребенок феодала имел большую свободу выбора рода занятий, тогда как у крепостного крестьянина такого выбора не было. Современные антропоэкосистемы также имеют целый ряд факторов, ограничивающих выбор профессии. Факторы окружающей среды по-прежнему детерминируют профессиональную структуру человеческого сообщества.

Эксплуатируемая территория как совокупность биогеоценозов, охваченных хозяйственной деятельностью определенного рода является важнейшим детерминирующим компонентом антропоэкосистемы. Именно природа в виде конкретных биогеоценозов с характерными для них ресурсным и ассимиляционным потенциалом составляют основу существования людей на данной территории. Биогеоценозы определяют наиболее важные параметры хозяйства и условия жизни населения.

В первую очередь, при заселении некой территории человеком важен ландшафт. Так, земледельческие коллективы либо не заселяли территории, сплошь покрытые лесом, либо предварительно преобразовывали их (сведение леса, например, подсечно-огневым способом). Вторым важнейшим фактором является запас потенциальной продукции, обеспечивающей существование человеческого сообщества. Речь идет о различных ресурсах, размещенных в пределах территории, о ресурсном потенциале территории, степени возобновимости и исчерпаемости. Третьим важнейшим фактором в адаптации сообществ к осваиваемой территории является климатический. Хозяйственные постройки и жилища, утварь, народная одежда, особенности орудий труда и промысла во многом отражают ландшафтно-климатическую специфику территории.

Находясь под ощутимым прессингом хозяйственной деятельности людей и имея различную устойчивость, биогеоценозы эксплуатируемой территории могут находиться на различных уровнях деградации. Поэтому при характеристике этого компонента антропоэкосистем особенно важными являются две группы показателей:

– уровень комфортности природной среды для жизни населения (включает более 30 показателей);

– уровень детериорированности (характеризует степень загрязнения и деградации окружающей среды в результате производственной и коммунальной экспансии).

Производственная деятельность является не только компонентом антропоэкосистемы, но и функциональной связью, осуществляющей передачу вещества энергии и информации от эксплуатируемой территории общности людей и наоборот. В этом потоке важнейшее значение имеют следующие составляющие:

– пища,

– материалы,

– информация.

Главное, что получает человеческое сообщество от эксплуатируемой территории, – это пища. Пища, на которую может рассчитывать человеческая общность (состав, сезонная специфика, количество), всецело зависит от продуктивности и устойчивости конкретных биогеоценозов, расположенных в рамках эксплуатируемой территории. Отходы потребления, поступающие в окружающую среду, становятся источником пищи для редуцентов. Таким образом, можно говорить об особых пищевых сетях в антропоэкосистемах.

Пища является яркой характеристикой конкретного человеческого сообщества. И дело не только в особом наборе съедобных продуктов, у многих народов этот набор сходен. Гораздо большую специфику имеет способ приготовления. Этнографические исследования подтверждают разный характер использования огня в приготовлении пищи (открытый очаг, открытая жаровня, применение тандыров, разнообразные виды печей); предпочтения в виде употребляемой пищи (жареная, вареная, сырая); способы консервации пищи (сушение, соление, засахаривание, маринование, замораживание). Это рождает довольно сложные культурные навыки, разнообразное сочетание которых создает неповторимость пищевого комплекса каждого народа. С хозяйственным укладом, а через него и с эксплуатируемой территорией связана периодичность приема пищи, а со сложившейся традицией, религиозной и культурной, – ее культовое и праздничное потребление, традиции приема пищи.

Второй поток функциональной связи хозяйственного коллектива и среды – это получение из среды сырья и материалов для производственной деятельность, а также вынос в окружающую среду, то есть в биогеоценозы, отходов производственной и коммунальной деятельности. Всю совокупность извлекаемого и используемого в процессе производства и в коммунальном хозяйстве сырья, а также выносимых в среду отходов обозначают как производственно-хозяйственную цепь внутри данной антропоэкосистемы. Однако между антропоэкосистемами издревле существовали обменные контакты, так как эксплуатируемая территория далеко не всегда содержит все необходимые сообществу людей материалы. Вернее, знание о материалах, отсутствующих в рамках конкретной антропоэкосистемы, формирует потребность в этих материалах и обеспечивает возможность обмена. Общеизвестно, например, широкое распространение изделий из янтаря эстетического и утилитарного назначения в неолитических памятниках Европы, хотя естественное местонахождение янтаря – Прибалтика.

Очевидно огромное значение информационных потоков для существования людей в рамках конкретных антропоэкосистем. Открытия и изобретения внутри общности людей обеспечивают развитие его производственной деятельности и устойчивое существование людей в конкретной микросреде. Особую роль играет и передача информации внутри сообщества как по горизонтали (обмен опытом), так и по вертикали (передача опыта от старших поколений к младшим). Все это создает информационное поле данного сообщества людей. Информация, циркулирующая внутри антропоэкосистемы, может быть рассмотрена в нескольких уровнях:

– этнический уровень содержит запас культурных ценностей, традиции, религиозно-магических представлений, которые входят в этническое самосознание и определяют включение в состав данного народа;

– контактный уровень составляют знания и представления, которые связаны с отношениями сообщества людей одной антропоэкосистемы с другими антропоэкосистемами сходного или иного типа, то есть все то, что входит в сферу обмена и контактов;

– узколокальный уровень складывается из конкретных знаний, полученных в результате ведения хозяйства и наблюдения за микросредой, и представляет по возможности более полное знание своей антропоэкосистемы.

В производственной деятельности могут быть выделены два структурных компонента: а) сумма производственно-технических операций, трудовых и технических навыков и традиций, закрепленного опыта предшествующих поколений; б) производительность труда, то есть интенсивность и эффективность этих трудовых операций. Производственная деятельность имеет явно приспособительный характер, реагируя на характер используемого материала, физико-химические и иные характеристики среды, сезонные особенности и сырья, и условий среды. Производительность труда также не остается неизменной и находится в прямой зависимости от физико-географических условий и особенностей сырьевой базы – от ресурсного и ассимиляционного потенциала используемых биогеоценозов.

Еще до выделения экологии в отдельное научное направление ученые, исследуя взаимодействие общества и природы, считали энергопотребление одним из важнейших и перспективных экологических показателей[75]. Этот показатель учитывает различные виды энергии, используемые человеком для жизнеобеспечения. В древних антропоэкоситемах – это, прежде всего, энергия огня (для приготовления пищи и обжига), энергия животных и растений (одомашненных и «свободных»). В эпоху рабовладельчества значительную часть энергопотока стала составлять энергия рабов, в эпоху феодализма – энергия ветра и текущей воды, с изобретением парового двигателя – энергия пара, а с появлением двигателя внутреннего сгорания – энергия сжигания минерального топлива. Сегодня, за счет привлечения множества разнообразных источников энергии, во много раз увеличился объем потребляемой человеком энергии. Существует прямая зависимость между источником и объемом потребляемой энергии и типом антропоэкосистемы, особенностями ее природного компонента, в первую очередь, и характером производственной деятельности, во вторую.

Историческая динамика антропоэкосистем связана, прежде всего, с ролью микросреды в функционировании и развитии человеческого сообщества. Так, в ранних (и сохранившихся до сегодняшнего дня относительно примитивных) антропоэкосистемах первой ступени географические условия в значительной степени определяют интенсивность хозяйственной деятельности, численность и благополучие хозяйственного коллектива. Разрушение природных биогеоценозов приводит к прекращению существования таких антропоэкосистем. Наиболее древние – антропоэкосистемы собирателей, охотников и рыболовов. Такие антропоэкосистемы существуют и сейчас в некоторых районах Африки.

Однако антропоэкосистемы первой ступени не исчерпываются только формами присваивающего хозяйства. При интенсивном кочевом скотоводстве численность разводимого скота, а, следовательно, и численность хозяйственного коллектива напрямую зависит от наличия свободных пастбищ, их продуктивности и устойчивости этих биогеоценозов. Подъем кочевого хозяйства в эпоху феодализма в Центральной Азии потребовал значительного расширения эксплуатируемой территории, что и вылилось в широкую экспансию кочевников. Географические и социальные барьеры такой экспансии в конечном итоге и обусловили распад огромных кочевых империй и упадок кочевого хозяйства. Жесткая зависимость кочевника от географической среды жизни и предоставляемых ею возможностей расширения стада породила практику грабежа оседлого населения и получения военной добычи как механизмов устойчивости человеческих общностей в таких антропоэкосистемах.

При стойловом скотоводстве, сочетаемом с земледелием, у хозяйственных коллективов появляются большие перспективы для повышения производительности и интенсификации труда, создания пищевых запасов и, как следствие, освобождение от непосредственной и повседневной зависимости от эксплуатируемой территории. Это антропоэкосистемы второй ступени, в которых сам хозяйственный коллектив посредством производственной деятельности изменяет микросреду в нужном направлении, а не подчиняется ей.

Другим фактором исторического развития (и одновременно критерием классификации) антропоэкосистем стали объем и скорость циркулируемых в них вещества, энергии, информации. Очевидно, что древние антропоэкосистемы, в отличие от современных, характеризуются незначительными потоками вещества, энергии и информации. В современных же экосистемах эти потоки огромны и очень интенсивны, что позволило В.И. Вернадскому рассматривать хозяйственную деятельность человека как геологическую силу.

Наконец, особым фактором временной динамики антропоэкосистем является продолжительность их существования. Исчезновение или разрушение одного из составляющих структурных компонентов как и нарушение взаимосвязи между компонентами неизбежно приводит к прекращению существования антропоэкосистемы. Основная проблема социальной экологии заключается в поиске механизмом поддержания существования антропоэкосистем на неопределенно долгий срок. Разгармонизация взаимодействия внутри антропоэкосистем приводит к их разрушению. Это может происходить по внутренним причинам, например, за счет несоответствия хозяйственной экспансии восстановительному потенциалу биогеоценозов эксплуатируемой территории. Но возможны и внешние причины – вторжение в тонкие механизмы взаимодействия чужеродных влияний.

Самым грубым таким вторжением является экоцид[76]. Под экоцидом понимают осознанные действия по разрушению окружающей природной среды с использованием для этой цели военных и других технических средств и приемов (массовое уничтожение растительного и животного мира, отравление атмосферы или водных ресурсов), а также другие действия, способные вызвать нарушение процессов саморегуляции в экологических системах, снизить их устойчивость, сократить ресурсный и ассимиляционный потенциал определенных участков биосферы и, в конечном результате, вызвать экологическую катастрофу.

На международном уровне экоцид проявляется как целенаправленное разрушение одним государством окружающей природной среды государства–противника. Экоцид может быть причиной и инструментом геноцида – истребления отдельных групп населения по расовым, национальным или религиозным признакам.

На протяжении веков ущерб, причиненный природе (эрозия почв, обезлесение, уничтожение биологических видов, истощение плодородия и т.п.) в основном был связан с экономической, производственной деятельностью человека. Катастрофы в Бхопале (Индия) в декабре 1984 г. и в Чернобыле (СССР) в апреле 1986 г. оказали сильное воздействие на осознание реальности экологической опасности, возможности вследствие изменения параметров окружающей среды нанести ущерб человеческому существованию. Не меньшую опасность представляют постоянное планомерное, а значит осознаваемое ухудшение состояния природной среды, приводящее к разрушению природных экосистем и ухудшению природно-экологических условий существования населения.

Особенно экоцид опасен и реален для народов, чья жизнедеятельность и хозяйствование опирается на непосредственное использование биогеоценозов, расположенных в зоне проживания. Так, право малочисленных коренных народов на традиционное природопользование является не только частью права на благоприятную окружающую среду, но и неотъемлемым элементом их права на жизнь. Эти права могут быть обеспечены только при условии сохранения эволюционно сложившихся на территории проживания этих народов биогеоценозов. Законом закреплены за малыми народами и их объединениями права

– безвозмездно владеть и пользоваться в местах традиционного проживания и хозяйственной деятельности малых народов землями различных категорий, необходимыми ля осуществления их традиционного хозяйствования и занятия традиционными промыслами;

– участвовать в осуществлении контроля за использованием земель различных категорий, необходимых для осуществления традиционного хозяйствования и занятия традиционными промыслами малых народов [ФЗ «О гарантиях прав коренных малочисленных народов Российской Федерации» от 30.04.1999 №82-ФЗ].

Разрушение коренных биогеоценозов в местах проживания малых народов, отторжение земель от территорий традиционного природопользования (оленьих пастбищ, охотничьих угодий, рыболовных участков) при осуществлении нефте- и газодобычи, лесозаготовок и добычи полезных ископаемых можно рассматривать как пример экоцида.

Эволюция АЭС может быть рассмотрена в рамках их типологии.

▲ По месту, занимаемому эксплуатируемой территорией в динамике АЭС выделяют:

1. АЭС, характеризующиеся преобладающей ролью эксплуатируемой территории. Географические условия в значительной степени определяют в этом случае интенсивность хозяйственной деятельности, численность хозяйственных коллективов, направление изменений АЭС и ее устойчивость. Разрушение естественных биоценозов приводит к прекращению жизни АЭС как целого. Это хозяйства охотников, собирателей и рыболовов, а также скотоводов-кочевников. Они составляют основу АЭС первой ступени - наиболее древних.

2. При появлении стойлового и полукочевого скотоводства и развитии земледелия хозяйственным коллективам предоставляются гораздо бóльшие возможности повышения производительности труда. Создание пищевых запасов освобождает от непосредственной и повседневной зависимости от эксплуатируемой территории. В этих АЭС второй ступени хозяйственный коллектив и его производственная деятельность более изменяют микросреду, чем подчиняются ей.

▲ Классификация АЭС с энергетической точки зрения возможна по оценке количества и скорости обмена циркулируемой в них энергии. Очевидно, что первичные АЭС значительно уступают современным АЭС по захвату и переработке энергии из внешней среды. Энергопотребление является одним из важнейших экологических показателей и имеет не только количественный показатель (объем используемой энергии в единицу времени на 1 человека), но и качественный (характер используемой энергии – энергия огня, энергия животных, энергия ветра, текущей воды, пара, сжигания минерального топлива, электрическая энергия, энергия атома, биоэнергия…).

▲ По времени существования можно выделить краткосрочные и долгосрочные АЭС. Существование АЭС продолжается до тех пор, пока сохраняются составляющие ее компоненты, и не прекращается связь между ними. Случаи переселения хозяйственных коллективов в новые районы и освоение новых условий среды – это случаи формирования новых АЭС и прекращение жизни старых. Появление новых АЭС в таких случаях никогда не ограничивается сменой географических условий и всегда затрагивает, хотя бы частично, сферу производственной деятельности, модифицирует объем и структуру информационного поля, а с ним и традиционный набор технических приемов.

Эти классификации позволяют сделать вывод о тенденциях развития АЭС. Любой хозяйственный коллектив стремится ко все более полному удовлетворению своих потребностей, а значит заинтересован в интенсификации своей производственной деятельности, что в свою очередь приводит к развитию относительной независимости от микросреды. В то же время налицо стремление людей к устойчивому существованию в освоенной ими среде. Это позволяет предполагать следующие тенденции в антропоэкосистемной динамике:

– к независимости от природной среды (которая всегда останется условной, относительной);

– к увеличению количества и скорости циркулируемой в АЭС энергии;

– к увеличению продолжительности существования АЭС, что означает в конечном сете стремление к устойчивости.

Любой хозяйственный коллектив стремится ко все более полному и широкому удовлетворению своих потребностей и, следовательно, заинтересован в интенсификации своей производственной деятельности. Видимо, при благоприятных исторических и географических условиях закономерен переход от антропоэкосистем первой ступени (с прямой и непосредственной зависимостью от эксплуатируемой территории) к антропоэкосистемам второй ступени. При этом усиливается техногенез, интенсифицируются потоки вещества, энергии и информации.

Внутри АЭС осуществляется поток энергии и круговорот вещества. Человек (хозяйственный коллектив) для удовлетворения собственных потребностей изымает из природы (эксплуатируемой территории), перерабатывает, транспортирует и частично использует природные вещества, одновременно выбрасывая в природную среду продукты переработки и отходы. Природа, таким образом, является поставщиком веществ и энергии и утилизатором отходов, а человек выступает в роли потребителя. На конкретном историческом отрезке и определенной территории могут существовать различные типы обмена веществ и энергии между хозяйственным коллективом и эксплуатируемой территорией. Разница обнаруживается в степени замкнутости круговорота веществ в рамках конкретной АЭС. Опираясь на типологию обмена веществ, предложенную А.Г. Банниковым, можно выделить четыре типа АЭС.

1. Автономный тип является наиболее ранним. Автономные антропоэкосистемы относительно замкнуты и характерны для нетоварного производства и натурального хозяйства. В этом случае каждая хозяйственная ячейка обеспечивает себя всем необходимым за счет окружающей природы без доставки веществ и энергии из других АЭС, использует лишь тот объем вещества, энергии и информации, которым обладает эксплуатируемая им территория. Отходы жизнедеятельности и хозяйствования также ассимилируются в рамках антропоэкосистемы. Эти антропоэкосистемы характеризуют устойчивое существование человеческой общности в окружающей среде только при следующих условиях. Во-первых, темпы и объемы изъятия природных ресурсов не должны превышать возможности восстановления их в освоенных биогеоценозах. Во-вторых, объемы и темпы загрязнения не должны превышать ассимиляционный потенциал эксплуатируемой территории.

Остальные типы появились уже при товарном производстве.

2. Снабжающий (выносящий) тип характерен весьма интенсивным захватом веществ и энергии из эксплуатируемой территории, транспортировкой их и переработкой для использования населением других антропоэкосистем. Этот тип свойственен товарным сельскохозяйственным районам, лесоэксплуатационным зонам и районам добычи основных природных ресурсов. В снабжающих (выносящих) антропоэкосистемах возникает проблема восстановления природно-ресурсного потенциала.

3. Потребительский тип характеризуется незначительным захватом веществ и энергии из окружающей природы с преимущественной доставкой их из других АЭС, в которых они подготовлены. Примером могут служить поселки изыскателей, научные стационары в заповедных или недоступных природных зонах, некоторые северные и высокогорные АЭС. При этом типе происходит наименьшее воздействие на природные ресурсы в данной ячейке общества. Устойчивость этого типа АЭС обеспечивается тем, что загрязняющее антропологическое воздействие не превышает ассимиляционного потенциала эксплуатируемой территории.

4. Перерабатывающий тип, свойственный городским поселениям, мегаполисам и промышленным зона характеризуется огромным объемом переработки вещества и энергии, поступающих из других АЭС. При этом типе выделяется масса производственных и бытовых отходов, загрязняющих природную среду. Это и является основной экологической проблемой перерабатывающих АЭС.

Итак, антропоэкосистема представляет собой реально существующее явление, целостную систему, имеющую сложную структуру и насыщенную функциональными связями, внутри которой осуществляется сложная циркуляция информации, вещества и энергии. Антропоэкосистема выступает как самостоятельная единица

– в географической сфере (антропоэкосистема имеет границы, определяемые эксплуатируемой территорией и определяющим способом хозяйствования);

– в экономической сфере (сообщество людей в рамках конкретной антропоэкосистемы является единицей хозяйствования и вступает в отношения торговли и обмена с другими сообществами из иных антропоэкосистем);

– в культурной сфере (сообщество людей создает уникальную в рамках одной антропоэкосистемы культуру, обеспечивающую адаптацию людей к конкретным условиям существования).

Экологическая культура: происхождение и структура.

Долгое время в науке проблема сопоставимости культурных и природных явлений почти не исследовалась. Тем более оставалась в тени проблема единства культуры и природы. Культура толковалась как нечто противоположное природе. Категориальная пара «культура» – «природа», дополнялась противопоставлением «естественное» – «искусственное». Культура рассмативалась как прогрессирующее доминирование «искусственного» начала (духа) над спонтанным «естественным» состоянием (жизнью), как способ преодоления жизни (природы), в том числе и внутри себя, преодоление животного начала в человеке. «Когда мы говорим о культивировании растений и животных, о культуре земледелия или тела, мы всегда подразумеваем одно и то же: рациональный уход и управление, подавление природного и инстинктивного, победу духа над жизнью»[77]. Основная точка зрения сводилась к тезису: культура облагораживает человека, возвышая его над природой.

Пока природа рассматривается как нечто противоположное культуре, понятие «экологическая культура» представляется некорректным. При осознании непосредственной связи природы и культуры такое словосочетание закономерно. Более того, культура вообще – феномен экологический, так как она возникает как адаптация человечества к окружающей природной среде. Популяции древних людей вынуждены были занять сложную экологическую нишу, адаптация к которой спровоцировала развитие мозга, усложнение внутрипопуляционной иерархии, инструментальную деятельность и, как следствие, – развитие культуры. Культура как специфическая, свойственная исключительно человеку, форма адаптации, представляет собой закономерный результат эволюционного развития человека в условиях выбранной экологической ниши и на фоне скудных биологических возможностей. Иными словами культура экологична по происхождению и по сути своей.

Экологическая концепция культуры основана на понимании культуры как естественно возникшей структуры, развивающейся естественным путем, в борьбе человеческих сообществ за выживание в природе, за счет природы, посредством природы. В этом процессе возникали и вымирали множество разнообразных форм культуры. К. Лоренц, известный австрийский ученый-этолог, в работе «По ту сторону зеркала» утверждал, что в XX веке на планете насчитывается до трех тысяч разных частных культур, конкурирующих за экологические ниши в биосфере. Но биосферная, экологическая интерпретация культуры возникла намного позже, нежели понятие «культура» вошло в научный дискурс. Поэтому культурологические исследования долгое время осуществлялись независимо от понятийного поля экологии.

Первые попытки научного исследования этого феномена были предприняты в рамках этнографии и заложили основу философско-антропологического подхода. Возникновение науки о культуре обычно связывают с работой Э. Тайлора «Первобытная культура», вышедшей в свет в 1871 году. Изучаемая в рамках этнографии, культура получает иногда название этнической и определяется как совокупность лишь тех культурных элементов и структур, которые обладают этнической спецификой. Э. Тайлор понимал под культурой сложную целостность, слагаемую «из знаний, верований, искусства, нравственности, законов, обычаев и некоторых других способностей и привычек, усвоенных человеком как членом общества»[78]. Тем самым Тайлор поставил проблему культуры на антропологические основания и превратил человека в субъект культуры. Культура оказалась антропологическим понятием[79].

Философско-исторический подход к исследованию культуры ставит своей задачей раскрытие механизмов порождения, возникновения человеческой истории. Еще в работе немецкого философа-просветителя И.Г. Гердера «Идеи к философии истории человечества» (1784–1791г.) содержится ответ на этот вопрос о том, каким непостижимым образом человек делает скачок от животного к себе самому, от природы к истории. Согласно Гердеру, «наш специфический характер заключается именно в том, что, рожденные почти без инстинктов, мы только путем упражнения в течение всей жизни воспитываемся до уровня человечности, и на этом основывается наша способность как к совершенствованию, так и к порче и разложению…

Мы можем при желании дать этому второму рождению человека, проходящему сквозь всю его жизнь, название, связанное либо с обработкой земли – “культура”, либо с образом света – “просвещение”»[80]. Географические условия, по представлениям этого немецкого философа, являются только толчком для культурного процесса, а культурность человека – не природный продукт.

В рамках социологического подхода культура рассматривается в контексте организации и образования жизни общества. Основоположник социологии культуры М. Адлер обратил внимание на изучение социальных факторов становления и функционирования культурных ценностей и норм, их воздействие на общество и социальное поведение человека, тем самым сблизив понятия «общество» и «культура», социальное и культурное. Представители структурного функционализма резко сузили предмет социологии культуры. Так, Т. Парсонс провозгласил принцип культурного детерминизма, согласно которому культура является основой развития и функционирования всех сфер жизнедеятельности общества[81]. Немецкий философ Ф. Тенбрук вводит в научный дискурс проблему репрезентативности культуры. «Культура, – пишет Тенбрук, – является общественным фактом постольку, поскольку она является репрезентативной культурой, то есть производит идеи, значения и ценности, которые действенны в силу их фактического признания. Она охватывает все верования, представления, мировоззрения, идеи и идеологии, которые воздействуют на социальное поведение, поскольку они либо активно разделяются людьми, либо пользуются пассивным признанием»[82]. Согласно этому подходу элементами культуры (репрезентативной культуры) являются объективные структуры и институты, а точнее, наши представления об этих структурах и институтах как объективных вещах вместе с нашими представлениями о характере этой объективности.

Особым направлением в исследовании культуры можно считать дискурс о кризисе культуры. Он начался еще в эпоху Просвещения, когда Ж.-Ж. Руссо в своем знаменитом трактате о пользе наук и искусств усомнился в их позитивном влиянии на человека. Его тезис о том, что культура «портит» человека, искажая его природу, был воспринят как шокирующий. Восклицание Ф. Ницше – «Бог умер!» – стало констатацией кризиса европейской культуры. Программное выражение чувство кризиса культуры находит в «Критике современности» Ратенау. В книге «Главные вопросы современной культуры» Гаммахер пытается установить исторические причины этого кризиса, о котором Р. Паннавиц пишет специальный труд «Кризис европейской культуры»[83]. Наконец, О. Шпенглер возвещает о грядущем глобальном кризисе, глобальной кризисной эпохе в работе «Закат Европы».

Культура, по Шпенглеру, – это отличающее эпоху и создающее ее как целостность внутреннее единство форм мышления и творчества, некая единая стилистика, запечатленная в формах экономической, политической, духовной, религиозной, практической, художественной жизни. Шпенглер выделяет в развитии культурно-исторического индивидуума определенные фазы: мифосимволическую раннюю культуру, метафизико-религиозную высокую культуру и позднюю, окостеневшую культуру, переходящую в цивилизацию. Противоположность культуры и цивилизации – главная ось всех шпенглеровских размышлений. Культура, позитивно воспринимаемая Шпенглером, – это могущественное творчество созревающей души – расцвет высокого искусства, исполненного глубокой символической необходимости – имманентное действие государственной идеи среди народов, объединенных единообразным мирочувствованием и единством жизненного стиля. В противоположность цивилизация – умирание созидающих энергий в душе, проблематизм мирочувтвования, замена вопросов метафизического характера вопросами жизненной практики, распад монументальных форм в искусстве, быстрая смена входящих в моду стилей, превращение народных организмов в заинтересованные массы и т.д. Цивилизация, в концепции Шпенглера, представляет собой неизбежную форму гибели каждой культуры. Судьбы культур аналогичны, но души культур бесконечно разнообразны и неповторимы.

Последующие исследования в области культуры шли в направлении поиска закономерностей развития культуры (законы и тенденции), разнообразия аспектов культуры (духовная – материальная, интеллектуальная – физическая, производственная – рекреационная – коммуникативная – познавательная, индивидуальная – общественная, эстетическая – математическая – биологическая – историческая и т.д.), наполнения конкретных исторических и индивидуально-личностных проявлений. Разнообразие видов и аспектов культуры долгое время вообще не учитывало взаимодействия человека и природы. Поэтому в перечне видов и аспектов культуры «экологическая» составляющая долгое время не значилась.

С осознанием феномена экологического кризиса пришло понимание необходимости изменения не только природопреобразовательной деятельности, но, прежде всего, понимания природы, соотношения природы и общества, характера взаимодействия человека и природы. Именно в этот период возникло оценочное понимание экологической культуры, как особой «высокой» культуры, которая воплощает гармоничное взаимодействие общества и природы. В этом формате экологическая культура рассматривается как особая форма или определенное качество культуры и определяется как:

– экологическая образованность, сознательное отношение к природе, практическое участие в улучшении природопользования (Е.В. Никифорова);

– использование окружающей природной среды на основе познания естественных законов развития природы с учетом ближайших и отдаленных последствий изменения природной среды под влиянием человеческой деятельности (В.В. Петров).

Эта точка зрения заставляет признать отсутствие экологической культуры у всех предыдущих поколений и считать ее лишь ожидаемым состоянием культуры.

Но очевидное разнообразие типов и стилей взаимодействия с природой в различных общественных образованиях и в разные исторические периоды c необходимостью приводит к неоценочному пониманию термина «экологическая культура». Возникает представление об экологической культуре как аспекте общей культуры, отражающем характер взаимодействия с природой и присущем всем историческим типам обществ. В рамках такого подхода можно говорить об экологической культуре в архаическом обществе, в Древней Греции, равно как и экологической культуре современного индустриального общества или общества будущего.

С экологических позиций культура является результатом и одновременно процессом обмена веществом энергией и информацией между природой и обществом. Т.о. культура – экологическое понятие.

Нам представляется, что под экологической культурой следует понимать способ взаимодействия человека (общества) с окружающей природной средой, включающий конкретный уровень и характер экологических знаний, экологических ценностей и практических действий природопользования.