Реферат: Биосферный уровень и его экология
9. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности. Пределы жизни определяются в конце концов физико-химическими свойствами соединений, стоящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433ºС (от -252ºС до +180ºС) является предельным тепловым полем.
10. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма.. Само живое вещество не является случайным созданием.
11. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно, приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. После устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.
12. Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество свободного живого вещества (1,5х1021 гр. и 1020 -1021 гр.). Скорость передачи жизни не может перейти пределы, нарушающие свойства газов. Идет борьба за нужный газ.
13. Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.
Подлинное возрождение идеи В.И. Вернадского о структуре и функциях как древней, так и современной биосферы произошло в середине 1970-х гг. благодаря трудам отечественного микробиолога Г.А. Заварзина. Он не только четко назвал механизмы функционирования биосферы и фактор, объединяющий ее в единую систему – трофические связи между организмами, но и расшифровал сложнейшую систему этих многосторонних связей. Главный вывод его исследований гласит: биосфера создавалась не на базе дивергентной эволюции входящих в нее организмов, а путем появления новых и усложнения уже имевшихся трофических связей между организмами, всегда существовавшими не отдельно, а в составе сообществ – экосистем различного масштаба. Отсюда следовал вывод: элементарной структурно-функциональной единицей эволюции биосферы всегда были не отдельные особи и даже не вида, а экологические сообщества, которые преобразовывались не за счет удаления из них “неприспособленных”, а аддитивным путем, т.е. присоединением новых элементов, “сопрягающим это сообщество с новыми факторами внешней среды”. Отсюда и другой не менее важный вывод: “Изучение эволюции микробных систем представляется необходимым для понимания геологических проблем и истории Земли в целом”. Главный вывод исследований как Г.А. Заварзина, так и многих зарубежных экологов, микропалеонтологов, геохимиков – Т. Брока, Дж. Шопфа, Е. Баргхорна, П. Клауда и других – сводится к тому, что главным фактором становления и функционирования биосферы были и остаются многосторонние трофические связи, установившиеся не менее, чем 3,4–3,5 млрд. лет тому назад, и определявшие характер и масштабы круговорота элементов в оболочках Земли.
Из сказанного следует, что ключевую роль в понимании существования живой природы на биосферном уровне играет экологический фактор. Именно ему отводил и В.И. Вернадский решающую роль, когда говорил об условиях функционирования и сохранения живого как “единого целого”, “как монолита жизни”. Особенно четко роль экологического фактора обозначилась тогда, когда биосфера обрела новую форму существования – форму неосферы.
Экология и биосфера
Слово “экология” в буквальном смысле означает науку о “доме” (от греч. “ойкос” – жилище, местообитание). Как входящая в биологический цикл, экология – наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей среды. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, сообществ, экосистем. Термин “экология” предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 г., но подлинного расцвета эта наука достигла в ХХ веке, и развитие далеко не закончено.
Если учение о биосфере сразу подняло биологию с уровня отдельных видов к целостности высшего порядка, то экология изучает различные уровни целостности, промежуточные между организменным и глобальным. Выделяют аутоэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщества. Сообществом, или биоценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность сообщества и среды носит название экологической системы, или биогеоценоза.
Основные понятия аутоэкологии – популяция, местообитание, экологическая ниша. Популяцией называется группа организмов, относящихся к одному или близким видам и занимающая определенную область, называемую местообитанием. Совокупность условий, необходимых для существования популяции, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в целях питания.
В зависимости от характера питания стоится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических уровней. Низший занимают автотрофные организмы, питающиеся неорганическими соединениями, прежде всего растения. На более высоком уровне располагаются гетеротрофные организмы, использующие в пищу биомассу растений. Затем идут гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка, т.е. травоядными животными и т.д.
Один из важнейших принципов экологии – принцип устойчивости, в соответствии с которым чем больше трофических уровней и чем они разнообразнее, тем устойчивей биосфера.
Экология показала также, что живой мир – не совокупность живых существ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимоотношений. Если даже небольшая часть его погибнет, погибнет и все остальное. В то же время, как писал Н. Винер, “сообщество простирается лишь до того предела, до которого простирается действительная передача информации”[8] .
К важнейшим выводам экологии можно отнести следующие, отмечавшиеся еще Вернадским. 1) Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой, т.е. с другими организмами и неживой природой. 2) Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись на планете, стимулируя перераспределение энергии и вещества. 3) Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.
Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами и смещение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, у которых не будет хватать пищи. Естественное равновесие существует и между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживают общее равновесие в природе.
Равновесие в живой природе не статично, как равновесие кристалла, а динамично, представляя собой движение вокруг точки устойчивости. Если эта точка не меняется, то такое состояние называется гомеостазом (“гомео” – тот же, “стасис” – состояние). Гомеостаз – механизм, посредством которого живой организм поддерживает параметры своей внутрен-
ней среды, противодействуя внешним воздействиям, на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь. Кровяное давление, частота пульса, температура тела – все это обусловлено гомеостатическими механизмами, которые работают настолько хорошо, что мы обычно их не замечаем. В пределах “гомеостатического плато” действует отрицательная обратная связь, за пределами его – положительная обратная связь, и система гибнет.
Все, о чем говорилось ранее, касалось биосферы в ее естественном состоянии, когда она существовала и функционировала как подлинный “монолит жизни”, самой жизнью создаваемый и управляемый.
Ситуация коренным образом изменилась, когда появился главный компонент биосферы – человек. Он вступил как новая мощная геологическая сила, положившая начало перестройке биосферы: началась эпоха неосферы.
Термин “неосфера” был еще в 1927 г. предложен французскими учеными и философами Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом. Однако они вложили в этот термин особое содержание, истолковав его как некий надбиосферный “мыслительный пласт”, как единый покров, окутывающий планету. Другое истолкование термину “неосфера” дал В.И. Вернадский, понимая под ним ту часть нашей планеты и околопланетного пространства, которая несет на себе печать разумной деятельности человека: так же, как и биосфера, неосфера становится геологической силой, влияющей на все сферы Земли. Таким образом, Вернадский расширил учение о взаимном влиянии живых организмов и среды, т.е. представления о предмете экологии, включив в них проблемы воздействия неосферы на биосферу. В результате экология из чисто биологической превратилась в междисциплинарную область не только естественно-научного, но и философского знания.
Естественно возникает вопрос, каков же путь, приведший к новому экологическому учению?
Все началось с того момента, когда человечество, выйдя из младенческой стадии своей истории, методом проб и ошибок начало “обустраиваться” в природе, подчиняя себе ее ресурсы, и не заботясь о последствиях своих побед над нею. Вскоре и систематизированное Знание стало пособником человека в покорении природы: лозунг “знание – сила” оказался настолько воодушевляющим, что полностью усыпил бдительность.
Какое же, конкретно, знание давало силу, создавало реальные “возможности” “не ждать милостей у природы”, а брать их у нее силой, забывая при этом, что брать их надо у хрупкой живой природы – биосферы, каждый компонент которой – это звено одной целостной неделимой системы?
Успехи физики, химии и технических наук сделались научной основой создания энергетики нового типа. Вошли в строй гидроэлектростанции на 2-4 млн. кВт установленной мощности. Резко возросла в энергетическом балансе доля ядерного топлива: к 2000 году в мировой структуре электроэнергетики она составила 40-45 процентов.
Все это отвечает требованиям развития экономики, но одновременно создает реальную угрозу окружающей среде в глобальном масштабе. Строительство тепловых станций ведет к загрязнению атмосферы. Расширение сети ГЭС нарушает гидрологический режим и приводит к изъятию из хозяйственного пользования обширных земельных массивов. Повышение удельного веса атомной энергетики выдвигает острейшую проблему захоронения радиоактивных отходов. В атмосферу Земли выбрасываются миллиарды тонн углекислого газа, около полутора миллиардов тонн аэрозолей, миллионы тонн сернистого газа, окиси углерода, окиси азота и т.д. Есть опасение, что выхлопные газы могут вызвать изменения в слое атмосферного озона и таким образом повлиять на радиационный баланс планеты. Промышленные сточные воды загрязняют более трети всего устойчивого стока. Происходит непрерывное загрязнение мирового океана, чреватое нарушением взаимодействия между гидросферой и атмосферой. В загрязненных акваториях портов уже произошло уменьшение испарения с поверхности на 20-40%, тогда как именно испарения с поверхности океана являются главным источником земной влаги – основы жизни на планете. Лишь шесть лет тому назад была прекращена реализация инженерных проектов по переброске стока рек, которые могли бы стать причиной необратимых изменений среды обитания человечества в целом. Не менее опасно и широчайшее применение минеральных удобрений. Их избыточное количество, не усваиваемое растениями, не закрепляется в почве, а выносится в водоемы, создавая благоприятные условия для евтрофикации водоемов, т.е. обильного размножения сине-зеленых водорослей, приводящего к образованию плохо аэрируемых илов. А это создает неблагоприятные условия для жизни рыб, водоплавающих птиц и т.д.
Перечисление подобных примеров можно было бы продолжать еще много. Однако и сказанного достаточно, чтобы видеть, какой мощный удар пришелся по биосфере: она стала утрачивать свои компенсационные свойства, ее композиционные механизмы перестали справляться с восстановлением нарушенного баланса ее частей. Но главное, сам “победитель” – человек – оказался жертвой своей же “силы”: научно-технический прогресс, которым столь гордилось общество, оказало ему плохую услугу. Сбылись слова великого Ж.-Б. Ламарка, который еще в 1820 г., как бы предвидя катастрофу, писал: “Человек, ослепленный эгоизмом, становится недостаточно предусмотрительным даже в том, что касается его собственных интересов: вследствие… беззаботного отношения к будущему и равнодушия к себе подобным, он как бы сам способствует уничтожению средств к самосохранению и тем самым – истреблению своего вида”[9] . Свои мысли Ламарк с горечью заключал: “Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания” (там же). Но голос Ламарка не был услышан, зато в полной мере воспринят другой – “не ждать милостей от природы – брать их у нее силой”.
Первым в начале 1950-х гг. тревогу забил Римский клуб в Италии – ассоциация ученых разного научного профиля, объединившихся для выработки плана спасения биосферы. В одном из официальных документов клуба, озаглавленного “Первая глобальная революция”, был не только дан глубокий анализ предпосылок экологической катастрофы, но и назван ее источник – рыночная экономика. Авторы доклада – А. Кинг и Б. Шнайдер – представители стран с рыночной экономикой – не побоялись назвать этот источник. Этим они дали повод торжеству сторонников “развитого социализма”: в их странах с плановой административно-хозяйственной экономикой, и, естественно, самым гуманным устройством общества такого просто не может произойти. А потом была Чернобыльская катастрофа, экологические бедствия на Арале, в Кыштыме, Усть-Каменогорске, на полигонах Семипалатинска и Новой Земли. Но самое главное, сам человек оказался беззащитной мишенью: на него обрушился поток канцерогенных веществ, различного рода аллергии и психические расстройства стали неотъемлемыми спутниками его бытия, изменился настрой психологического состояния общества.
Означает ли это, что человечество должно остановить промышленное и сельскохозяйственное производство и вернуться в исходное свое состояние – полную зависимость от природных стихий? Конечно, нет. И разум человека рванулся на поиски путей для своего спасения. Но каких?
Бессилие одной экологии как науки стало очевидным: встал вопрос о создании целого комплекса наук, опираясь на которые, экология могла бы обрести “второе дыхание”. Об этом прежде всего заговорили представители классической натуралистской биологии, для которых живой организм и его окружение продолжают оставаться в центре внимания.