Наука экология: проблемы современности

Экология в буквальном смысле слова — это наука о жилище. Но не о пустом жилище, а населенном разнообразными живыми существами. Когда в 1866 году Эрнст Геккель впервые предложил название «экология», он четко ограничил рамки этой новой науки изучением взаимных отношений между животными и окружающей их средой: с другими растениями и животными, а также с неживыми элементами среды — теплом, светом и так далее. Вскоре, в самом начале двадцатого века, экологические исследования были распространены на мир растений, и возникла более широкая, общебиологическая наука — экология организмов.

История экологии как науки

Развивалась экология, увеличивался интерес к ней со стороны биологов, и одновременно первоначальный смысл науки начал расплываться. Те или иные исследователи толковали главные задачи экологии по-своему. Так, одни предпочитали описывать образ жизни организмов по тому образцу, как это делал в отношении животных известный натуралист и путешественник Брем. Другие же, более «строгие» исследователи, основное внимание обращали на зависимость животных и растений от неживых явлений природы. Таким путем, казалось бы, легче и эффективнее выявляются связи между организмами и средой.

Появилась возможность ставить опыты, а полученные с помощью измерительной техники результаты обрабатывать математически. Широко распространилось и такое мнение: основная задача экологии — в изучении приспособленности организмов к среде, то есть различного рода адаптаций.

Пока экологи разных научных школ и направлений наблюдали живую природу и экспериментировали, познавали частные и более общие закономерности, публиковали многочисленные мелкие заметки и большие книги, экологией заинтересовались и люди, достаточно далекие от биологии, — географы и экономисты, социологи и широкие круги общественности. Этот интерес быстро возрастал, особенно за последнее время.

Почему же? Конечно, не из простого любопытства!

Экология жизни

…Жизнь на Земле — не процветание или, наоборот, жалкое прозябание в одиночку тех или иных видов растений, животных и микроорганизмов. Как хорошо показал и доказал великий украинский мыслитель Владимир Иванович Вернадский, вся совокупность живых организмов нашей планеты и продуктов их жизнедеятельности составляет взаимосвязанную общность, образующую почти сплошную оболочку вокруг земного шара — биосферу.

И, пожалуй, главная черта биосферы — интенсивное и непрерывное взаимодействие ее с другими сферами планеты: с атмосферой, гидросферой, литосферой. Понятно, что одновременное взаимодействие с этими тремя сферами возможно, прежде всего, в зонах их контакта, то есть близ поверхности суши, морей и океанов. Именно здесь и концентрируется основная масса организмов. Используя для построения своих тел газообразные вещества, воду и элементы твердой земной коры, организмы изменяют неживые сферы, перераспределяют различные вещества, образуют и выделяют в окружающую среду совершенно новые соединения, не встречающиеся в природе при отсутствии жизни.

Каждый организм из тех, что в бесчисленном множестве слагают биосферу, отличается не только своим строением, но и внутренними процессами: непрерывным созиданием и разрушением структур, потоком бесконечных по разнообразию изменений, то есть тем, что обозначают понятием «физиологические процессы».

Но ведь и сама биосфера обладает подобными особенностями: вся эта огромная масса организмов и отдельных видов непрерывно взаимодействует между собой и окружающими сферами, одни в процессе постоянного обновления рождаются, другие — погибают. Биосфере в целом, как и отдельным ее участкам, также свойственна своего рода физиология. И как раз этой физиологией и должны, прежде всего, заниматься современные экологи.

Чтобы уяснить истинные масштабы и значение тех физиологических процессов, которые оказываются в ведении экологии, надо хотя бы в самых общих чертах представить себе их эволюцию.

Экология и эволюция

Какой была наша планета четыре-пять миллиардов лет назад? Вероятно, она являла собой феерическое зрелище: сверкали чудесные кристаллы, гремели мощные взрывы многочисленных вулканов, клубы пара, то густые, то прозрачные, плыли над сушей и морями, разгорались и гасли над горизонтом многоцветные зори. Тогда было много движения, много созидания. Но жизни еще не было. Все было преходящим, временным — в природе господствовали процессы необратимых превращений!

И вот, в результате химических и физических преобразований в неживой природе, в этой огромной «лаборатории хаоса» появилась жизнь.

Для жизни также характерны непрерывные изменения, но уже иного свойства — гораздо более упорядоченные. В ходе этих изменений не только меняется облик организмов, но, что особенно важно, одновременно сохраняется уже созданное. При этом обеспечивается устойчивость и постоянство тончайших и сложнейших структур живого вещества, их функционирования. С появлением жизни на Земле началась непрекращающаяся наследственная эстафета от одного поколения к другому, от первых организмов до тех, что окружают нас сейчас и которыми, в конце концов, мы сами оказываемся. Такова одна из главных особенностей биосферы — вместо мало связанных, не находящихся в закономерной последовательности превращений неживой материи — возникновение удивительного единства, связи во времени всего живого в течение миллиардов лет! И с тех пор как на нашей планете возникла жизнь, ни одна из ее форм не могла существовать вне живого окружения!

Около трех миллиардов лет назад в мелководных теплых лагунах и над черными безжизненными пучинами океанов, в постоянно волнующемся поверхностном слое воды уже плавали микроскопически малые комочки жизни — живые клетки. И хотя каждая из них была, казалось бы, беспомощной перед мощью неживой природы, такая крупица живого вещества обладала огромными возможностями. Ведь поверхность соприкосновения ее с окружающим водным раствором относительно очень велика — в сотни, а то и в тысячи раз больше, чем у появившихся на Земле позднее «смертных» многоклеточных организмов. В этом слабость одноклеточных, их повышенная уязвимость, вероятность случайной гибели, но в этом и их сила, немалое преимущество перед многоклеточными.

Одноклеточные быстро захватывают необходимые им вещества из окружающей водной среды и столь же легко освобождаются от ненужных продуктов. Оказавшись в подходящих условиях, они начинают энергично поглощать питательные вещества, преобразуя их в сложные и своеобразные соединения своего тела, расти и делиться. Происходит бурное размножение одноклеточных, и никакая массовая гибель их в отдельных древних водоемах, при горообразовании, вулканических извержениях или обмелении морей не могла уже сдержать дружного наступления жизни на неживую среду — «давления жизни», как сказал В. И. Вернадский.

Непрекращавшаяся ни на миг совместная деятельность одноклеточных и многоклеточных растений и животных за многие миллионы лет радикально преобразовала поверхность Земли.

Они вобрали в свою протоплазму огромное количество атомов углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, калия, железа и других элементов из окружающей неживой среды, «оживили» их, построив из них свои тела. Они накопили энергию солнечных лучей и смогли длительно удерживать ее в себе, передавая последующим поколениям и не позволяя этой энергии рассеиваться в просторах Вселенной.

А продукты жизнедеятельности организмов и остатки живого все больше насыщали воздух, воду и земную кору. В атмосфере появился выделяемый растениями свободный кислород, который на высоте нескольких десятков километров под действием электрических разрядов образовал сплошной озоновый слой, надежно защитивший земную жизнь от смертоносных ультрафиолетовых лучей. Изменился химический состав воды морей и океанов. Многокилометровые толщи остатков организмов — известковые и глинистые илы — опустились на дно водоемов, а на суше начали образовываться почвы. Более того, используя элементы неживой среды и взаимодействуя между собой, живые существа создавали условия жизни друг для друга, образуя своеобразные системы, которые теперь мы называем экосистемами.

Итак, уже с глубокой древности на Земле шли основные процессы, находящиеся в ведении экологии: это не только отношения отдельных особей и видов растений и животных с окружающей средой, но также и их совместное интегральное воздействие на все поверхностные оболочки Земли.

Несмотря на постоянную гибель бесчисленных организмов, полное вымирание целых видов и даже больших групп древних животных и растений, жизнь на Земле не угасала. Наоборот, она все больше распространялась и усложнялась, захватывая все новые и новые среды — сушу и воздух, глубины океанских впадин и тесные пещерные лабиринты. Естественный отбор — стихийный, основанный на случайности процесс, одна сторона которого — смерть, а другая — победа жизни, — вот причина, которая обеспечила благополучную судьбу и победное шествие многих миллиардов поколений живых существ, гармоничную слаженность их взаимоотношений.

Но, может быть, единство всего живого и всей неживой природы Земли характерно именно для тех далеких времен, когда жизнь только-только возникла из неживого, была, так сказать, еще в «близком родстве» с ним?

Нет, все, что уже известно о природе современной Земли, все, что добыто наукой экологией, говорит о другом — земные организмы в своем существовании продолжают и ныне тесно зависеть друг от друга, обитая даже на противоположных сторонах земного шара! При этом связь между ними подчас столь велика, что гибель одного ландшафта с его населением создает угрозу для благополучия жизни не только в соседних ландшафтах, но и в самых отдаленных.

Возьмем один пример. Леса — из всех сухопутных ландшафтов именно они, по всей видимости, представляют величайшую ценность для биосферы в целом. И прежде всего леса тропические, еще совсем недавно занимавшие большую часть территории континентов к северу и к югу от экватора и почти сплошь одевавшие приэкваториальные острова. Помимо невероятного разнообразия растений и животных с их чудесными красками и удивительными приспособлениями, тропические леса, с точки зрения эколога, имеют и другую важнейшую особенность — огромную массу круглый год активного живого вещества. Благодаря этой особенности тропические леса перерабатывали очень много углекислого газа, выделяя в атмосферу, вероятно, не менее одной пятой части кислорода, продуцируемого всеми зелеными растениями Земли как наземными, так и водными.

Зимой и летом ветры несли образовывавшийся в тропических лесах кислород во все уголки земного шара: к вершинам горных хребтов и в тундры, в степи и пустыни, где местная растительность из-за холода или сухости выделяет значительно меньше кислорода, чем требуется для дыхания животных, семян, корней и окисления самых разных неживых тел. Жизнь во всех этих ландшафтах в значительной мере была обязана деятельности растений тропических лесов. Да разве одних только растений? Их роль, лишь более заметная и непосредственная, — роль основанной на фотосинтезе фабрики кислорода. Но работа этой фабрики немыслима без целой армии усердных и подчас незримых помощников, взаимно дополняющих друг друга и создающих необходимую для тех же растений лесную среду со своим особым микроклиматом и почвами.

В тропическом лесном биоценозе все связано теснейшими узами, сложившимися в ходе длительной эволюции. Листья растений — деревьев, лиан, эпифитов — надежно защищены от многочисленных вредителей не менее многочисленными хищниками. Среди них первостепенное место принадлежит муравьям, затем птицам, летучим мышам, древесным лягушкам, ящерицам и многим другим летающим и ползающим насекомоядным существам.

Вторая важнейшая в жизни тропических лесов группа животных — термиты. Небольшие и невзрачные на вид, они живут, подобно муравьям, крупными семьями из многих тысяч особей. Основная пища термитов — отмершая древесина, опавшие листья и другие остатки растений. Перерабатывая все это и унося затем в почву, удобряя глубокие слои почвы своими экскрементами и пронизывая ее густой сетью ходов, термиты обеспечивают корни растений нормальным питанием, делают возможным доступ к ним воды и воздуха. В тенистых и влажных тропических лесах термитов такое множество, что общий вес их на одном гектаре достигает многих десятков, а то и сотен килограммов.

Есть и еще одна группа насекомых, без которых невозможно сколько-нибудь благополучное и длительное существование тропических лесов. Это пчелы и другие насекомые, питавшиеся нектаром и пыльцой цветущих растении. А основная масса растений тропических мест насекомоопыляема. Пчелы же — главные опылители тропических растений — живут большими семьями в дуплах или лепят свои соты под прикрытием толстых ветвей деревьев, защищающих восковые постройки от палящих лучей солнца и грозных ливней. Когда же тропические леса вырубают…

Стоп! Вот мы и подошли вплотную к тому вопросу, почему большую часть нашего рассказа об этих лесах волей-неволей пришлось вести в прошедшем времени.

Глобальные экологические проблемы современности

Тропические леса уже утратили свою роль крупнейшей на суше фабрики кислорода. Их массивы тают на глазах под натиском топора и более современной лесозаготовительной техники. За последние сто лет большая часть тропических лесов Азии и Африки уже уничтожена людьми, стремительно сокращается их площадь и в Западном полушарии — в Южной и Центральной Америке.

Что же все-таки происходит, когда тропические леса вырубают или же выжигают под плантации культурных растений?

Ответ может быть однозначным: сложнейшая, слаженная и выдержавшая проверку временем структура тропических лесов полностью разрушается. В первую очередь резко сокращается численность термитов. Вслед за этим почва уплотняется и истощается настолько, что возобновление лесных растений становится невозможным. Вместо них местность захватывают высокие жесткие злаки и колючие кустарники, не годные даже на корм скоту. Эта вторичная растительность обладает не только куда более низкой биологической продуктивностью, но дает и во много раз меньше кислорода. С могучими тропическими лесами не могут соперничать по части выделения в атмосферу кислорода и плантации культурных растений — кокосовых пальм, бананов, каучуковых деревьев, а тем более низкорослых ананасов или гвоздичных деревцев.

Конечно, тропические леса давали только пятую часть годичного поступления кислорода в атмосферу. Основная же роль в поддержании атмосферного баланса кислорода принадлежит, как считают, одноклеточным планктонным водорослям морей и океанов. Эти мелкие водоросли выделяют в атмосферу, по-видимому, не менее половины кислорода! Однако никто пока не знает, в каких размерах сказывается на жизнедеятельности этих водорослей катастрофически возрастающее загрязнение нефтепродуктами Мирового океана — основных «легких» планеты. Единственно, что можно утверждать с уверенностью, — загрязнение океана нефтью не может не привести к снижению фотосинтеза фитопланктона…

Теперь во весь рост поднимается важнейшая экологическая проблема современности — проблема исчезновения свободного кислорода в атмосфере. Она не могла возникнуть ранее, на протяжении миллионов лет, вплоть до самого последнего времени, пока существовали гармоничные комплексы взаимно приспособленных организмов, и зловещей тенью появилась теперь, в эпоху господства «гомо сапиенса» — разумного человека.

Парадоксальная вещь: масса всего человечества составляет ничтожно малую долю от общей массы живого вещества на планете — что-то около двух десятитысячных долей процента. И эта-то ничтожно малая крупица живого вещества вырастает в наши дни в реальную геологическую силу, способную радикально перестроить биосферу с идущими в ней процессами.

Конечно, количество кислорода в атмосфере пока еще велико — слишком богатое наследие оставили нам бесчисленные династии живших на Земле фотосинтезирующих организмов. Но надолго ли хватит этого наследия?

Во-первых, кислород химически чрезвычайно активен и потому непрерывно соединяется с самыми разными веществами, окисляя их. Он хотя и возобновляемый, при определенных условиях, но в то же время самоуничтожающийся ресурс! В этом отношении кислород сильно отличается от воды или нефти, которые могут длительное время сохраняться в природе без заметных изменений.

Но главное — расход кислорода при нынешнем уровне технической вооруженности человечества уже достиг десятой доли от общего его количества, ежегодно вырабатываемого зеленым покровом планеты. И расход этот продолжает расти все ускоряющимися темпами!

Кислород сгорает в топках фабрик и заводов, в моторах самолетов, автомобилей, ракет и кораблей. Нефть, горючие сланцы, газ и каменный уголь, волею людей извлеченные на поверхность Земли, жадно «съедают» кислород атмосферы. Он потребляется при сжигании мусора и различного рода отходов, при уничтожении огнем стерни и соломы на полях, сухой растительности в саваннах. Да мало ли еще где?

Наверное, здесь уместно привести такую, почти невероятную, но наглядную аналогию: что будет, если на всей Земле содержать домашний скот впроголодь, в то же время забивая его в неразумно большом количестве? Очень скоро, очевидно, вместо бифштексов придется довольствоваться рисовыми котлетками. Но ведь кислород в атмосфере не только абсолютно необходимый, но и совершенно незаменимый ресурс — более чем какой-либо другой! И найти пути правильного решения проблемы кислорода — одна из важнейших задач экологии.

Четко вырисовываются контуры и других крупнейших экологических проблем, решение которых в некоторых случаях еще безотлагательнее, нежели «кислородной». На первый план сейчас выходит проблема отходов: подсчитано, что на каждого жителя земного шара их приходится по две-три тонны, и если совсем еще недавно отходы человечества перерабатывались естественным путем, с помощью микроорганизмов, то теперь природа не в состоянии с ними справляться. Современные отходы приобрели новое качество — стали неуничтожаемыми. Впрочем, проблема отходов тесно связана и с проблемой кислорода — вспомните загрязнение нефтью Мирового океана. В этом и характернейшая особенность экологии — теснейшая взаимосвязь самых, на первый взгляд, далеких явлений…

Цели и задачи экологии

Мы не ставим своей целью перечисление хотя бы основных задач современной экологии — их слишком много. Здесь и проблема сохранения плодородия почв, создававшихся в итоге сложнейших многовековых процессов, и проблема повышения продуктивности биосферы, и поиски допустимых пределов использования человечеством всякого рода биологических ресурсов, и разработка биологических средств борьбы с вредными животными и многое, многое другое.

Решение всех этих проблем — и глобального масштаба, и более частных — послужит одному делу, делу сохранения и поддержания той среды, которая сложилась в итоге длительной эволюции биосферы и сделала возможным появление человеческой цивилизации.

Экология — благороднейшая наука, ведь она призвана стоять на страже здоровья биосферы, в самом широком смысле слова, жилища всего сущего на Земле.

Автор: Д. Панфилов.