Наука екологія: проблеми сучасності

Екологія в буквальному сенсі слова — це наука про житло. Але не про порожнє житло, а населене різноманітними живими істотами. Коли в 1866 році Ернст Геккель вперше запропонував назву «екологія», він чітко обмежив рамки цієї нової науки вивченням взаємних відносин між тваринами і навколишнім їх середовищем: з іншими рослинами і тваринами, а також з неживими елементами середовища — теплом, світлом і так далі. Незабаром, на самому початку двадцятого століття, екологічні дослідження були поширені на світ рослин, і виникла більш широка, загально-біологічна наука — екологія організмів.

Історія екології як науки

Розвивалася екологія, збільшувався інтерес до неї з боку біологів, і одночасно первісний зміст науки почав розпливатися. Ті чи інші дослідники тлумачили головні завдання екології по-своєму. Так, одні вважали за краще описувати спосіб життя організмів по тому зразку, як це робив стосовно тварин відомий натураліст і мандрівник Брем. Інші ж, більш «суворі» дослідники, основну увагу звертали на залежність тварин і рослин від неживих явищ природи. Таким шляхом, здавалося б, легше і ефективніше виявляються зв’язки між організмами і середовищем.

З’явилася можливість ставити досліди, а отримані за допомогою вимірювальної техніки результати обробляти математично. Широко поширилася і така думку: основне завдання екології — вивчення пристосованості організмів до середовища, тобто різного роду адаптацій.

Поки екологи різних наукових шкіл і напрямків спостерігали живу природу і експериментували, пізнавали приватні і більш загальні закономірності, публікували численні дрібні замітки і великі книги, екологією зацікавилися і люди, досить далекі від біології, — географи і економісти, соціологи та широкі кола громадськості. Цей інтерес швидко зростав, особливо за останній час.

Чому ж? Звичайно, не з простої цікавості!

Екологія життя

…Життя на Землі — не процвітання або, навпаки, жалюгідне животіння поодинці тих чи інших видів рослин, тварин і мікроорганізмів. Як добре показав і довів великий український мислитель Володимир Іванович Вернадський, вся сукупність живих організмів нашої планети і продуктів їх життєдіяльності становить взаємопов’язану спільність, що утворює майже суцільну оболонку навколо земної кулі — біосферу.

І, мабуть, головна риса біосфери — інтенсивна і безперервна взаємодія її з іншими сферами планети: з атмосферою, гідросферою, літосферою. Зрозуміло, що одночасна взаємодія з цими трьома сферами можлива, перш за все, в зонах контакту, тобто поблизу поверхні суші, морів і океанів. Саме тут і концентрується основна маса організмів. Використовуючи для побудови своїх тіл газоподібні речовини, воду і елементи твердої земної кори, організми змінюють неживі сфери, перерозподіляють різні речовини, що утворюють і виділяють у навколишнє середовище абсолютно нові з’єднання, що не зустрічаються в природі при відсутності життя.

Кожен організм з тих, що в незліченній безлічі складають біосферу, відрізняється не тільки своєю будовою, але й внутрішніми процесами: безперервним творенням і руйнуванням структур, потоком нескінченних за різноманітністю змін, тобто тим, що позначають поняттям «фізіологічні процеси».

Але ж і сама біосфера володіє такими особливостями: вся ця величезна маса організмів і окремих видів безперервно взаємодіє між собою і оточуючими сферами, одні в процесі постійного оновлення народжуються, інші — гинуть. Біосфері в цілому, як і окремих її ділянках, також властива свого роду фізіологія. І якраз цією фізіологією і повинні, перш за все, займатися сучасні екологи.

Щоб усвідомити справжні масштаби і значення тих фізіологічних процесів, які виявляються у веденні екології, треба хоча б у загальних рисах уявити собі їх еволюцію.

Екологія та еволюція

Якою була наша планета чотири-п’ять мільярдів років тому? Ймовірно, вона являла собою феєричне видовище: виблискували чудові кристали, гриміли вибухи численних вулканів, клуби пари, то густі, то прозорі, пливли над сушею і морями, спалахували і гасли над горизонтом багатобарвні зорі. Тоді було багато руху, багато творення. Але життя ще не було. Все було минущим, тимчасовим — в природі панували процеси незворотних перетворень!

І ось, в результаті хімічних і фізичних перетворень у неживій природі, в цій величезній лабораторії хаосу з’явилося життя.

Для життя також характерні безперервні зміни, але вже іншої властивості — набагато більш впорядковані. У ході цих змін не тільки змінюється вигляд організмів, але, що особливо важливо, одночасно зберігається вже створене. При цьому забезпечується стабільність і постійність найтонших і найскладніших структур живої речовини, їх функціонування. З появою життя на Землі почалася безперервна спадкова естафета від одного покоління до іншого, від перших організмів до тих, що оточують нас зараз і якими, зрештою, ми самі опиняємося. Така одна з головних особливостей біосфери — замість мало пов’язаних, таких, що не знаходяться в закономірній послідовності перетворень неживої матерії — виникнення дивної єдності, зв’язку під часу всього живого протягом мільярдів років! І з тих пір, як на нашій планеті виникло життя, ні одна з його форм не могла існувати поза живого оточення!

Близько трьох мільярдів років тому у теплих мілководних лагунах і над чорними млявими пучинами океанів вже плавали мікроскопічно малі грудочки життя — живі клітини. І хоча кожна з них була, здавалося б, безпорадною перед міццю неживої природи, така крихітка живої речовини володіла величезними можливостями. Адже поверхня дотику її з навколишнім водним розчином дуже велика — в сотні, а то і в тисячі разів більше, ніж у «смертних» багатоклітинних організмів, що з’явилися на Землі пізніше. В цьому слабкість одноклітинних, їх підвищена вразливість, ймовірність випадкової загибелі, але в цьому і сила, чимала перевага перед багатоклітинними.

Одноклітинні швидко захоплюють необхідні їм речовини з навколишнього водного середовища і настільки ж легко звільняються від непотрібних продуктів. Опинившись у відповідних умовах, вони починають енергійно поглинати поживні речовини, перетворюючи їх у складні і своєрідні сполуки свого тіла, рости і ділитися. Відбувається бурхливе розмноження одноклітинних, і ніяка масова загибель їх в окремих стародавніх водоймах, при гороутворені, вулканічних виверженнях або обмілінні морів не могла стримати дружного наступу життя на неживе середовище — «тиску життя», як сказав І. Вернадський.

Безупинна спільна діяльність одноклітинних та багатоклітинних рослин і тварин за багато мільйонів років радикально перетворила поверхню Землі.

Вони увібрали в свою протоплазму величезну кількість атомів вуглецю, водню, кисню, азоту, фосфору, калію, заліза та інших елементів з навколишнього неживого середовища, «оживили» їх, побудувавши з них свої тіла. Вони накопичили енергію сонячних променів і змогли тривало утримувати її в собі, передаючи наступним поколінням і не дозволяючи цій енергії розсіюватися в просторах Всесвіту.

А продукти життєдіяльності організмів і залишки живого все більше насичували повітря, воду і земну кору. В атмосфері з’явився вільний кисень, що виділяється рослинами, який на висоті декількох десятків кілометрів під дією електричних розрядів утворив суцільний озоновий шар, що надійно захистив земне життя від смертоносних ультрафіолетових променів. Змінився хімічний склад води морів та океанів. Багатокілометрові товщі залишків організмів — вапняні і глинисті мули — опустилися на дно водойм, а на суші почали утворюватися грунти. Більш того, використовуючи елементи неживого середовища і взаємодіючи між собою, живі істоти створювали умови життя один для одного, утворюючи своєрідні системи, що тепер ми називаємо екосистемами.

Отже, вже з глибокої давнини на Землі йшли основні процеси, що знаходяться у віданні екології: це не тільки відносини окремих особин і видів рослин і тварин з навколишнім середовищем, але також і їх спільний інтегральний вплив на всі поверхневі оболонки Землі.

Незважаючи на постійну загибель незліченних організмів, повне вимирання цілих видів і навіть великих груп стародавніх тварин і рослин, життя на Землі не згасало. Навпаки, воно все більше поширювалося та ускладнювалося, захоплюючи все нові і нові середовища — сушу і повітря, глибини океанських западин і тісні печерні лабіринти. Природний відбір — стихійний, заснований на випадковості процес, одна сторона якого — смерть, а інша — перемога життя, — ось причина, яка забезпечила благополучну долю і переможну ходу багатьох мільярдів поколінь живих істот, гармонійну злагодженість їх взаємовідносин.

Але, може бути, єдність всього живого і всієї неживої природи Землі характерна саме для тих далеких часів, коли життя тільки-тільки виникло з неживого, було, так би мовити, ще в «близькому спорідненні» з ним?

Ні, все, що вже відомо про природу сучасної Землі, все, що здобуто наукою екологією, говорить про інше — земні організми в своєму існуванні продовжують і нині тісно залежати один від одного, перебуваючи навіть на протилежних сторонах земної кулі! При цьому зв’язок між ними часом настільки великий, що загибель одного ландшафту з його населенням створює загрозу для добробуту життя не тільки в сусідніх ландшафтах, але і в самих віддалених.

Візьмемо один приклад. Ліси — з усіх сухопутних ландшафтів саме вони, по всій видимості, представляють найбільшу цінність для біосфери в цілому. І насамперед ліси тропічні, які ще зовсім недавно займали більшу частину території континентів на північ і на південь від екватора і майже суцільно одягали приекваторіальні острова. Крім неймовірного різноманіття рослин і тварин з їх чудовими фарбами і дивовижними пристосуваннями, тропічні ліси, з точки зору еколога, мають й іншу важливу особливість — величезну масу круглий рік активної живої речовини. Завдяки цій особливості тропічні ліси переробляли дуже багато вуглекислого газу, виділяючи в атмосферу, ймовірно, не менше однієї п’ятої частини кисню, продукованого всіма зеленими рослинами Землі як наземними, так і водними.

Взимку і влітку вітри несли утворений в тропічних лісах кисень у всі куточки земної кулі: до вершин гірських хребтів і тундри, в степи і пустелі, де місцева рослинність з-за холоду або сухості виділяє значно менше кисню, ніж потрібно для дихання тварин, насіння, коріння і окислення різних неживих тіл. Життя у всіх цих ландшафтах значною мірою було зобов’язане діяльності рослин тропічних лісів. Та хіба тільки одних рослин? Їх роль, лише більш помітна і безпосередня, — роль заснована на фотосинтезі фабрики кисню. Але робота цієї фабрики немислима без цілої армії старанних і часом невидимих помічників, що взаємно доповнюють один одного і створюють необхідне для тих же рослин лісове середовище зі своїм особливим мікрокліматом і ґрунтами.

У тропічному лісовому біоценозі все пов’язано щонайтіснішими зв’язками, що склалися в ході тривалої еволюції. Листя рослин — дерев, ліан, епіфітів — надійно захищені від численних шкідників не менш численними хижаками. Серед них першорядне місце належить мурашкам, потім птахам, кажанам, деревним жабам, ящіркам і багатьом іншим літаючим та повзаючим комахоїдним істотам.

Друга найважливіша в житті тропічних лісів група тварин — терміти. Невеликі і непоказні на вигляд, вони живуть, подібно мурашкам, великими сім’ями з багатьох тисяч особин. Основна їжа термітів — відмерла деревина, опале листя та інші залишки рослин. Переробляючи все це і несучи потім в грунт, удобрюючи глибокі шари грунту своїми екскрементами і пронизуючи їх густою мережею ходів, терміти забезпечують коріння рослин нормальним харчуванням, роблять можливим доступ до них води і повітря. В тінистих і вологих тропічних лісах термітів така безліч, що загальна вага їх на одному гектарі досягає багатьох десятків, а то і сотень кілограмів.

Є ще одна група комах, без яких неможливо скільки-небудь благополучне і тривале існування тропічних лісів. Це бджоли та інші комахи, що живляться нектаром і пилком квітучих рослин. А основна маса рослин тропічних місць запилюється комахами. Бджоли ж — головні запилювачі тропічних рослин — живуть великими сім’ями в дуплах або ліплять свої стільники під прикриттям товстих гілок дерев, які захищають воскові будівлі від палючих променів сонця і грізних злив. Коли ж тропічні ліси вирубують…

Стоп! Ось ми і підійшли впритул до того питання, чому більшу частину нашої розповіді про ці ліси волею-неволею довелося вести в минулому часі.

Глобальні екологічні проблеми сучасності

Тропічні ліси вже втратили свою роль найбільшої на суші фабрики кисню. Їх масиви тануть на очах під натиском сокири і більш сучасної лісозаготівельної техніки. За останні сто років більша частина тропічних лісів Азії та Африки вже знищена людьми, стрімко скорочується їх площа у Західній півкулі — в Південній і Центральній Америці.

Що ж все-таки відбувається, коли тропічні ліси вирубують або ж випалюють під плантації культурних рослин?

Відповідь може бути однозначною: складна, злагоджена і витримана перевірку часом структура тропічних лісів повністю руйнується. В першу чергу різко скорочується чисельність термітів. Слідом за цим грунт ущільнюється і виснажується настільки, що відновлення лісових рослин стає неможливим. Замість них місцевість захоплюють високі жорсткі злаки і колючі чагарники, які не годяться, навіть на корм худобі. Ця вторинна рослинність володіє не тільки куди більш низькою біологічною продуктивністю, але дає і у багато разів менше кисню. З могутніми тропічними лісами не можуть суперничати по частині виділення в атмосферу кисню і плантації культурних рослин — кокосових пальм, бананів, каучукових дерев, а тим більше низькорослих ананасів або гвоздикових деревець.

Звичайно, тропічні ліси давали тільки п’яту частину річного надходження кисню в атмосферу. Основна ж роль у підтримці атмосферного балансу кисню належить, як вважають, одноклітинним планктонним водоростям морів та океанів. Ці дрібні водорості виділяють в атмосферу, мабуть, не менше половини кисню! Проте ніхто поки не знає, в яких розмірах позначається на життєдіяльності цих водоростей катастрофічно зростаюче забруднення Світового океану нафтопродуктами — основних «легень» планети. Єдине, що можна стверджувати з упевненістю, — забруднення океану нафтою не може не призвести до зниження фотосинтезу фітопланктону…

Тепер у весь зріст піднімається найважливіша екологічна проблема сучасності — проблема зникнення вільного кисню в атмосфері. Вона не могла виникнути раніше, протягом мільйонів років, аж до самого останнього часу, поки існували гармонічні комплекси взаємно пристосованих організмів, і зловісною тінню з’явилася тепер, в епоху панування «гомо сапієнса» — розумної людини.

Парадоксальна річ: маса всього людства становить мізерно малу частку від загальної маси живої речовини на планеті — близько двох десятитисячних доль відсотка. І ця-то мізерно мала дещиця живої речовини зростає в наші дні в реальну геологічну силу, здатну радикально перебудувати біосферу.

Звичайно, кількість кисню в атмосфері поки ще велика — занадто багату спадщину залишили нам незліченні династії існуючих на Землі фотосинтезуючих організмів. Але чи надовго вистачить цієї спадщини?

По-перше, кисень хімічно надзвичайно активний і тому безперервно з’єднується з самими різними речовинами, окислюючи їх. Він хоча і поновлюваний, при певних умовах, але в той же час саморуйнівний ресурс! В цьому відношенні кисень сильно відрізняється від води або нафти, які можуть тривалий час зберігатися в природі без помітних змін.

Але головне — витрата кисню при нинішньому рівні технічної озброєності людства вже досягла десятої частки від загальної його кількості, яка щорічно виробляється зеленим покривом планети. І витрата ця продовжує зростати прискореними темпами!

Кисень, що спалюється в топках фабрик і заводів, у двигунах літаків, автомобілів, ракет і кораблів. Нафта, горючі сланці, газ і кам’яне вугілля, волею людей витягнуті на поверхню Землі, жадібно «з’їдають» кисень атмосфери. Він споживається при спалюванні сміття та різного роду відходів, при знищенні вогнем стерни та соломи на полях, сухої рослинності в саванах. Та хіба мало ще де?

Напевно, тут доречно навести таку, майже неймовірну, але наочну аналогію: що буде, якщо на всій Землі утримувати худобу впроголодь, в той же час забиваючи її в нерозумно великій кількості? Дуже скоро, очевидно, замість біфштексів доведеться задовольнятися рисовими котлетками. Але адже кисень в атмосфері не тільки абсолютно необхідний, але і незамінний ресурс — більш ніж який-небудь інший! Тож знайти шляхи правильного вирішення проблеми кисню — одне з найважливіших завдань екології.

Чітко вимальовуються контури й інших найбільших екологічних проблем, вирішення яких в деяких випадках ще терміновіше, ніж «кисневої». На перший план зараз виходить проблема відходів: підраховано, що на кожного жителя земної кулі їх доводиться по дві-три тонни, і якщо ще зовсім недавно відходи людства перероблялися природним шляхом, з допомогою мікроорганізмів, то тепер природа не в змозі з ними впоратися. Сучасні відходи набули нової якості — стали не знищуваними. Втім, проблема відходів тісно пов’язана і з проблемою кисню — згадайте забруднення нафтою Світового океану. В цьому і характерна особливість екології — найтісніший взаємозв’язок самих, на перший погляд, далеких явищ…

Цілі і завдання екології

Ми не ставимо своєю метою перерахування хоча б основних завдань сучасної екології — їх занадто багато. Тут і проблема збереження родючості ґрунтів, що створювалися в результаті складних багатовікових процесів, і проблема підвищення продуктивності біосфери, і пошуки допустимих меж використання людством всякого роду біологічних ресурсів, та розробка біологічних засобів боротьби з шкідливими тваринами і багато, багато іншого.

Рішення всіх цих проблем — і глобального масштабу, і більш приватних — послужить одній справі, справі збереження та підтримки того середовище, яке склалося в результаті тривалої еволюції біосфери і зробило можливим появу людської цивілізації.

Екологія — шляхетна наука, адже вона покликана стояти на сторожі здоров’я біосфери, в самому широкому сенсі слова, житла всього сущого на Землі.

Автор: Д. Панфілов.