Текст книги "Удивительная экология"

О. В. Ларина
Удивительная экология

Серия «О чем умолчали учебники»

© О. В. Ларина, 2014

© ЗАО «ЭНАС-КНИГА», 2016

* * *

Введение

Экология (от греч. oikos – «дом, жилище, местообитание» и logos – «наука») – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Сегодня это одна из самых важных для человечества наук.

Термин «экология» появился довольно давно. Немецкий ученый Эрнст Геккель впервые использовал его в 1866 году в книге «Общая морфология организмов», дав такое определение: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал условиями, порождающими борьбу за существование».

Сам Э. Геккель воспринимал экологию как науку, которая занимается изучением взаимодействия организмов и среды их обитания. Поэтому в XIX столетии экология была прикладной биологической дисциплиной.

Со временем взгляд на экологию в значительной мере расширился, и уже в начале XX века она стала самостоятельной наукой, изучающей биологические системы всех уровней (от организма до биосферы), а также взаимодействие всех биологических систем с окружающей средой.

В практику преподавания изучение вопросов экологии вошло не так давно. Этот предмет лишь вскользь упоминается в отдельных школьных дисциплинах – физике, химии, географии, обществоведении. А между тем современная экология представляет собой стремительно развивающуюся науку, изучающую широкий круг проблем, имеющую собственную теорию и методологию. Ее популяризация в самых широких слоях населения – залог сохранения нашей планеты.

Предлагаемая книга рассказывает об основных понятиях экологии, ее принципах и закономерностях, рассматривает сложные вопросы, связанные с изучением взаимоотношений между живыми организмами и средой их обитания. Много внимания автор уделяет экологическим катастрофам, проблемам загрязнения окружающей среды и путям их решения. Еще одна важная задача книги – формирование у широких слоев общества бережного отношения к природе и среде проживания как важной составляющей качества жизни.

Раздел 1
Как мы дошли до жизни такой?

Долгая история экологии

Предпосылки возникновения экологии как науки появились в глубокой древности. Уже давно люди начали пристально наблюдать за взаимодействием растений и животных со средой. Такие наблюдения проводились в русле зоологии и ботаники, но это отнюдь не умаляет значения подобных исследований. Это был этап накопления первичных знаний о взаимодействии организмов с окружающей средой. И продолжался он примерно до XVIII столетия.

Аристотель

Нельзя не вспомнить древнегреческих мудрецов. В их трудах можно обнаружить множество интересных и прогрессивных для того времени сведений. Например, Аристотель (384–322 до н. э.) создал описание поведения более 500 видов животных. Ему удалось классифицировать животных в зависимости от их образа жизни и характерного для них поведения. Аристотель писал о миграции птиц и рыб, а также о других особенностях поведения животных, в частности о том, как они обустраивают свои природные жилища.

Теофраст Эрезийский

Теофраст Эрезийский (370–287 до н. э.), ученик Аристотеля, известен благодаря своим наблюдениям в области ботаники. Им были сделаны описания особенностей роста и развития растений в зависимости от условий среды. Философ обращал внимание на то, как тип почвы и климат влияют на рост и форму растений. Именно благодаря ему ботаника стала самостоятельной наукой, отделившись от зоологии. Среди особых достижений Теофраста Эрезийского – классификация покрытосеменных растений в зависимости от жизненных форм. Именно он разделил их на травы, полукустарники, кустарники, деревья.

Эмпедокл

О том, как условия среды влияют на растения, писал и древнегреческий философ, врач, политический деятель Эмпедокл (490–430 до н. э.). А в трудах великого древнегреческого врача Гиппократа (460–377 до н. э.) есть очень интересные мысли о том, как факторы окружающей среды влияют на здоровье человека. Он считал, что при лечении больного нужно обязательно учитывать особенности его организма, а также взаимодействие человека и окружающей среды. Гиппократ небезосновательно полагал, что различные природные и социальные факторы, такие как климат, почва и вода, образ жизни человека, политический строй страны и многое другое, так или иначе влияют на телесные и душевные человеческие свойства. Очень важным фактором Гиппократ считал климат, так как именно он, по его мнению, влияет на формирование национального характера.

Гиппократ

Римский ученый Плиний Старший (23–79 н. э.) создал 37 томов «Естественной истории». В своем труде он излагал сведения по географии, астрономии, этнографии, метеорологии, ботанике, зоологии. Ученый описал множество животных и растений, исследовал условия их обитания и произрастания. Сравнивая человека и животных, Плиний указывал на то, что в жизни животных главным является инстинкт, а люди обучаются всему благодаря сознательному опыту и выучке посредством подражания.

Плиний Старший

В Средние века формирование экологических идей, к сожалению, прервалось. В этот период главенствовала теологическая теория происхождения жизни. Первоисточником всего существующего на Земле считался Бог, а влияние среды соответственно отрицалось. Считалось, что все на земле происходит по воле Бога. Безусловно, нельзя не признать, что и в Средние века появлялись некоторые научные открытия, однако они имели прикладное значение. Примером тому могут служить такие труды, как «Зеркало вещей» Венсенна де Бове (XIII век), «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиенского (XIV век). Кроме того, в Средние века жили и работали Авиценна (980–1037) и Разес (850–923) – выдающиеся ученые своего времени.

Разес

Авиценна

Эпоха Возрождения стала временем новых открытий.

Путешествия и связанные с ними открытия в области географии пробудили интерес к познанию мира. Научные экспедиции снаряжались в разные части света. В отчетах путешественников в избытке содержались интересные сведения. XIV–XVI века были богаты на географические открытия. И в этот период многие исследователи обращали внимание на зависимость растений от условий среды.

В 1543 году вышел труд Николая Коперника (1473–1543) «Об обращениях небесных сфер». В нем ученый изложил свои представления о гелиоцентрической системе мира. Учение Коперника продолжил итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548–1600). Он предполагал, что во Вселенной есть огромное количество звезд, которые подобны Солнцу.

Николай Коперник

Жорж Луи Бюффон

Французский ученый Жорж Луи Бюффон (1707–1788) изучал влияние внешних условий на морфологию животных. В своем многотомном издании «Естественная история животных» Бюффон впервые заявил, что влияние внешних факторов способствует превращению одного вида живых существ в другой. Бюффон также писал о жизнедеятельности организмов, о том, что существует определенное единство животного и растительного мира. Кроме того, ученый высказывал идеи о влиянии среды обитания на животный и растительный мир.

Роберт Бойль

Английский химик Роберт Бойль (1627–1691) впервые провел экологический эксперимент, касающийся влияния низкого атмосферного давления на развитие животных.

Голландский натуралист Антони ван Левенгук (1632–1723) изобрел микроскоп и изучал под линзами разнообразные вещества и предметы. Им было сделано важное открытие: весь мир населен микроскопическими существами.

В одном из своих сообщений Левенгук писал:

«24 апреля 1676 года я посмотрел на… воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ. Некоторые из них в длину были раза в 3–4 больше, чем в ширину, хотя они и не были толще волосков, покрывающих тело вши… Другие имели правильную овальную форму. Был там еще и третий тип организмов – наиболее многочисленный – мельчайшие существа с хвостиками».

Антони ван Левенгук

Один из видов микроскопов, использовавшихся в XVIII веке

Наверняка вы догадались, что в 1676 году Левенгук впервые увидел бактерии. Сам ученый назвал их «анималькулями», предполагая, что это маленькие животные. Он был уверен, что строение «маленьких животных такое же, как и у больших организмов», то есть у них есть ножки, хвостики, органы пищеварения и т. д.

Помимо всего прочего, именно Левенгук был первым исследователем, изучавшим пищевые цепи и регуляцию численности организмов. Эти исследования были очень важны для дальнейшего развития различных разделов экологии.

Роберт Гук

Современник Левенгука английский ученый-естествоиспытатель Роберт Гук (1653–1703) знал об исследованиях своего коллеги. Гук был ответственен за проверку результатов различных научных экспериментов в Лондонском королевском обществе. Он занимался проверкой открытий Левенгука и сам увлекся изучением различных объектов с помощью оптического прибора. Пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, ученый сделал тонкий срез и стал рассматривать его под микроскопом. Естествоиспытатель увидел на срезе ячейки, напоминающие пчелиные соты. Гук назвал элементы слоя пробки латинским словом сеllula («клетка, ячейка»). Так Гук открыл клетки живого организма.

Роберт Броун

В дальнейшем при исследовании клеток ученые замечали какой-то «островок». В 1831 году английский ученый-ботаник Роберт Броун (1773–1858) дал этому островку название – ядро клетки.

Первая половина XVIII века была ознаменована созданием таксономической системы животных и растений. Ее автор – шведский ученый Карл Линней (1707–1778). Эта система до сих пор используется ботаниками и зоологами. По созданной Линнеем системе классификации растительного и животного мира человек был отнесен к классу млекопитающих, отряду приматов. Таким образом, человеческий вид получил название homo sapiens – «человек разумный». В 1753 году была опубликована работа Линнея «Виды растений». В этом труде ученый писал о свойствах растений – целебных или ядовитых.

Карл Линней

Альфонс де Кандоль (1806–1895) в «Ботанической географии» писал о том, как на растительные организмы влияют абиотические факторы, то есть условия неорганической среды, такие как атмосферное давление, состав почвы, температура, рельеф и др.

Альфонс де Кандоль

Возникновение множества научных идей о растительном и животном мирах разных частей земного шара привело к формированию особой науки – биогеографии. Именно эта наука стала основой для следующего этапа развития истории экологии.

Биогеография подразделялась на зоологическую географию и ботаническую географию. С конца XVIII века до середины XIX века экологические знания формировались в русле зоологической и ботанической географии. И в рамках этих наук было сделано множество интереснейших открытий и наб людений.

Известные российские ученые М. В. Ломоносов (1711–1765), И. И. Лепехин (1740–1802), С. П. Крашенинников (1711–1755), П. С. Паллас (1741–1811) и др. также обратили внимание на взаимосвязь таких факторов, как климат, флора и фауна.

М. В. Ломоносов

В 1807 году увидела свет книга «Идея о географии растений», автором которой был немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт (1769–1859). Он выдвинул идею об изолиниях растений, т. е. предположил, что у растений появляются похожие физиономические формы в схожих географических условиях. Гумбольдт исследовал климатические факторы в разных районах Северного полушария. На основе полученных данных он составил карту изотерм, выявил связь между климатом и характером растительности. Также он пытался выделить ботанико-географические области – фитоценозы.

И. И. Лепехин

С. П. Крашенинников

В XVIII столетии появилась эволюционная концепция французского ученого-естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка (1744–1829). Ученый полагал, что основная причина развития организмов от низших форм к высшим – это стремление к совершенствованию организации, присущее живой природе, а также влияние внешних условий. Об этом Ламарк писал в своей книге «Философия зоологии». Под влиянием изменений внешних условий изменяются и потребности организмов. Ответом на это становятся новые виды деятельности и новые привычки, действие которых приводит к изменению организации, морфологии существа. Таким образом приобретаются новые признаки, которые наследуются потомками. По мнению Ламарка, такую схему можно отнести и к человеку.

П. С. Паллас

А. Гумбольдт

Ж. Б. Ламарк

Какие только идеи не приходили в голову ученым и мыслителям! Некоторые были весьма своеобразны и остались в истории лишь как пример заблуждений. Например, к таковым относятся выводы английского священника, экономиста и демографа Томаса Роберта Мальтуса (1766–1834). Мальтус сформулировал «закон народонаселения», в соответствии с которым увеличение численности происходит в геометрической прогрессии, но при этом средства к существованию (главным образом пища) увеличиваются только в арифметической прогрессии. При таких условиях неизбежно возникает перенаселение. Мальтус считал, что бороться с этим явлением можно с помощью регламентации браков и ограничения рождаемости, а также нужно делать все возможное, чтобы «способствовать действиям природы, вызывающим смертность…».

Мальтус призывал делать дома перенаселенными, в городах строить узкие улицы, чтобы создавать условия для распространения смертельно опасных болезней.

Еще при жизни Мальтуса его идеи подвергались беспощадной критике как антигуманные и не имеющие под собой никакого основания.

Очень важное значение для развития экологических идей имели труды профессора Московского университета К. Ф. Рулье (1814–1858). Именно его считают одним из предшественников Чарлза Дарвина. Этот ученый стал автором более 100 работ в области зообиологии. Он неоднократно писал, что влияние изменений внешней среды на развитие органического мира несомненно. Рулье создал систему экологических исследований животных.

Н. А. Северцов (1827–1885), ученик Рулье, в 1855 году написал диссертацию на тему «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии». Это было первым детальным экологическим исследованием в мировой зоологической литературе.

К. Ф. Рулье

Н. А. Северцов

Чарлз Дарвин

После опубликования в 1859 году книги Чарлза Дарвина (1809–1882) «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» начался новый, очень важный этап развития экологических идей. Ученый исследовал одну из основных проблем экологии – борьбу за существование, в которой победителем становится не самый сильнейший вид, а вид, сумевший приспособиться к специфическим жизненным обстоятельствам. Дарвин также подчеркивал влияние, которое оказывают на морфологию и поведение живых существ такие факторы, как образ жизни, межвидовые взаимодействия и условия существования.

Термин «экология», как уже упоминалось, появился благодаря Эрнсту Геккелю. Он впервые был использован ученым в труде «Общая морфология организмов» (1866). Двумя годами позже в исследовании «Натуралистическая теория мирообразования» ученый раскрыл сущность новой науки: «…познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом».

Эрнст Геккель

По мнению Геккеля, экологию следует отнести к биологическим наукам и наукам о природе. Ведь именно эти дисциплины изучают все стороны существования живых организмов. Ученый писал: «Под экологией мы подразумеваем науку об экономии, о домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения животных как к их неорганической, так и к органической среде, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непрямые контакты…»

В конце XIX столетия термин «экология» получил широкое распространение. Его стали использовать ученые-биологи в разных странах. В России слово «экология» впервые появилось в 1868 году, когда был опубликован русский перевод работы Геккеля «Общая морфология организмов».

Австрийский ученый-геолог Эдуард Зюсс (1831–1914) в 1873 году впервые использовал термин «биосфера». С точки зрения Зюсса, под биосферой следовало понимать совокупность частей земных оболочек (литосферы, гидросферы, атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. В дальнейшем советский ученый В. И. Вернадский существенно расширил это определение.

Эдуард Зюсс

Йоханес Варминг

В 1895 году датский ботаник и эколог Йоханес Эугениус Варминг (1841–1924) в работе «Ойкологическая география растений» опубликовал свои исследования о жизненных формах растений. Можно сказать, что благодаря ему термин «экология» был введен в ботанику. Примерно в это же время русский натуралист А. Ф. Миддендорф (1815–1894) на основе учения А. Гумбольдта применил теорию об изолиниях к животным.

В 1877 году немецкий ученый-гидробиолог Карл Мёбиус (1825–1908) впервые использовал термин «биоценоз», или «природное сообщество». Биоценоз – это сообщество определенных живых организмов (растений, животных, грибов или микроорганизмов), живущих на участке суши или водоема и связанных между собой особыми отношениями и сходной приспособленностью к условиям окружающей среды. Сообщества микроорганизмов называются микробиоценозом. Потом учение о растительных сообществах стало отдельной наукой – фитоценологией. На развитие этой науки оказали заметное влияние русские ученые – Г. Ф. Морозов, С. И. Коржинский, В. Н. Сукачев, Т. А. Работнов и многие другие.

Карл Мёбиус

В 1910 году в Брюсселе состоялся III Международный ботанический конгресс, на котором экология растений была разделена на аутэкологию (исследующую взаимоотношения отдельных видов со средой) и синэкол огию (экологию сообществ). Немаловажно, что синэкология получила официальный статус составной части экологии. Позже аналогичному делению подверглась экология животных и общая экология.

В первой четверти XX столетия активно создавались научные экологические общества в разных странах. В это время теоретическая экология стала интенсивно развиваться. Экологию как науку стали преподавать в университетах, появилось множество экологических периодических изданий.

В 1923–1927 годы Владимир Иванович Вернадский (1863–1945) создал учение о биосфере как глобальной биологической системе планеты Земля. Труды этого великого ученого имели огромное значение для развития экологии как науки.

Вернадский исследовал процессы, происходящие в биосфере. Им была разработана теория, которую он сам назвал «биогеохимия». Она стала основой современного учения о биосфере. Открытие Вернадского легло в основу новых принципов, согласно которым планету Земля нужно изучать как развивающуюся саморегулирующуюся систему.

Биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Живые организмы тесно взаимосвязаны со средой обитания. В результате этого взаимодействия образуется целостная система.

В 20-е годы XX столетия вышла работа Вернадского «Биосфера». Это послужило отправной точкой появления новой науки о природе и ее взаимодействии с человеком. В своем труде ученый показал, что биосфера – это целостная динамическая система, управление которой осуществляет живое вещество планеты. Ученый высказывал мысль о тесной взаимосвязи биосферы с деятельностью человека и заявил, что сохранность равновесия состава биосферы зависит от человека.

В. И. Вернадский

Вернадский считал, что вещество биосферы состоит из:

1) живого вещества (то есть биомассы современных живых организмов);

2) биогенного вещества (то есть остатков разложившихся животных, растений и грибов вместе с содержащимися в них бактериями, осевших на дно водоема или взвешенных в толще воды, а также нефти, газа биогенного происхождения, торфа и т. д.);

3) биокосного вещества (то есть смеси биогенных веществ и минеральных пород небиогенного происхождения);

4) косного вещества (то есть минералов, осадков, горных пород).

Благодаря Вернадскому появилось новое понятие – ноосфера. Таким термином ученый обозначал «мыслящую оболочку», сферу разума. Ученый говорил о том, что все человечество в целом является мощной геологической силой. И именно перед человечеством, «перед его мыслью и трудом возникает вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

В 30–40-е годы XX века выделилось новое направление – экология популяций, или демэкология, основателем которого является английский зоолог Чарлз Элтон (1900–1991). На развитие экологии популяций оказали влияние такие ученые, как Н. П. Наумов, С. С. Шварц, Д. Н. Кашкарев, В. В. Догель и др. Одновременно появился новый принцип исследования природных сообществ во взаимодействии со средой обитания. В 1935 году английский ученый Артур Тенсли (1871–1955) впервые использовал термин «экосистема».

Артур Тенсли

Экосистема (от греч. oikos – «дом, местообитание» и systema – «сочетание, объединение») – сообщество живых организмов, обитающих на одной территории при определенных условиях. Это сложная система, способная к самостоятельной организации, регуляции и обновлению. В данном случае подразумевалось единство, ограниченное во времени и пространстве, природный комплекс, который был образован живыми организмами и средой обитания.

В 1942 году советский ученый В. Н. Сукачев (1880–1967) впервые использовал термин «биогеоценоз». Биогеоценоз – элементарная единица биосферы, то есть простейшая экосистема и геосистема.

В. Н. Сукачев

С середины XX века началось быстрое и интенсивное развитие экологии. Она стала взаимодействовать с самыми разными науками и сферами человеческой деятельности. Один из известных современных ученых-экологов Юджин Одум (1913–2002, США) считал экологию междисциплинарной областью знания, наукой об устройстве многоуровневых систем в природе, обществе, а также их взаимосвязи.