Текст книги "Начала экскретологии"

1.4.Экологическое, социальное и природоохранное содержание экскретологии

В этом разделе книги обсуждаются понятия экскретологии и определяется, соответствует ли экскретология названию науки [51]. Наука – это исторически сложившаяся форма человеческой деятельности, направленная на познание и преобразование объективной действительности, такое духовное производство, которое имеет своим результатом целенаправленно отобранные и систематизированные факты, логически выверенные гипотезы, обобщающие теории, фундаментальные и частные законы, а также методы исследования. Наука – это одновременно и система знаний и их духовное производство, и практическая деятельность на их основе.

Современная наука – чрезвычайно разветвлённая совокупность отдельных научных отраслей. Предметом науки является не только доступный человеку мир, различные формы и виды движения материи, но и их отражение в сознании, то есть сам человек.

По своему предмету науки делятся на естественно-технические, изучающие законы природы и способы ее освоения и преобразования, и общественные, изучающие различные общественные явления и законы их развития, а также самого человека как существа социального (гуманитарный цикл). Среди общественных наук особое место занимает комплекс философских дисциплин, изучающих наиболее общие законы развития природы, общества, мышления.

Теоретические уровни отдельных наук смыкаются в общетеоретическом, философском объяснении открытых принципов и законов, в формировании мировоззренческих и методологических сторон научного познания в целом.

Очевидно, экскретология является общественной наукой, так как предметом её изучения является, в первую очередь, человек, его место в природе, возможные влияния на природу и природы на человека.

Экскретология – одна из развивающихся комплексных наук, имеющих тесные связи и частичное проникновение в другие науки – в первую очередь в биологию. Связь экскретологии с другими науками описана в разделе 1.1. нашей книги; а её место в биологических науках возможно в подразделе «Комплексные науки» таблицы 1.4.1. по классификации Б.Г. Иоганзена [79].

Существует немало классификаций биологических наук. Каждая из них, хотя и не охватывает все биологические науки (табл. 1.4.1), но даёт возможность определить место экскретологии среди других дисциплин.

Таблица 1.4.1

Классификация биологических наук (по Б.Г. Иоганзену, 1959)

Известно, что общие биологические науки изучают весь органический мир в строго определенном направлении, какую-то одну сторону его жизненных явлений, т. е. «немного обо всем». Каждая из этих наук может, в свою очередь, подразделяться на части, например систематика на систематику злаков, систематику животных и т. д.

Частные науки изучают конкретные объекты органического мира всесторонне, т. е. "всё об одном". Так, микробиология изучает систематику, морфологию, физиологию, экологию микроорганизмов. При этом частные науки, в свою очередь, могут быть расчленены: зоология, например, подразделяется на протозоологию, гельминтологию, орнитологию, энтомологию и т. д.

В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни организмов, в том числе и социальных. В них значительно шире и глубже развиваются экологические идеи, доминирует единый экскретологический подход при изучении комплекса явлений.

У экскретологии много общего с экологией, но имеются и принципиальные различия. Экскретология, на наш взгляд, является:

– 1) частью биологии, изучающая процессы выделения и отторжения, выбросы и удаления антропогенных и природных объектов;

– 2) дисциплина, изучающая законы преобразования с продуктами выделений и отторжений общества и природы, их утилизацию и безопасное уничтожение;

– 3) комплексная наука, исследующая физическую и социологическую среду обитания человека и других живых существ;

– 4) область знаний, рассматривающая некую совокупность предметов и явлений с точки зрения субъекта или объекта;

– 5) наукой, исследующей возможности гармоничного существования человека с объектами флоры и фауны при условии минимизации негативных вмешательств в их жизнь;

– 6) наукой, изучающей положения человека как вида и общества в экосфере планеты, его связей с экологическими системами и меры воздействия на них.

Экскреты являются неотъемлемой частью диалектического развития объектов природы, так как представляют собой необходимые элементы постоянно обновляющейся природы и общества.

Рис. 1.4.1. Схема квалификации экскретов на экологоприродоохранные и социально-гуманитарные

Следует отметить, что имеются и другие классификации наук по принадлежности к биологии. В частности в работе [51] к биологическим дисциплинам причислены следующие науки и научные направления: Акарология – Анатомия – Альгология – Антропология – Бактериология – Биогеография – Биогеоценология – Биотехнология – Биоинформатика – Биология океана – Биология развития – Биометрия – Бионика – Биосемиотика – Биоспелеология – Биофизика – Биохимия – Ботаника – Биомеханика – Биоценология – Биоэнергетика – Бриология – Вирусология – Генетика – Геоботаника – Герпетология – Гидробиология – Гистология – Дендрология – Зоология – Зоопсихология – Иммунология – Ихтиология – Колеоптерология – Космическая биология – Ксенобиология – Лепидоптерология – Лихенология – Микология – Микробиология – Мирмекология – Молекулярная биология – Морфология – Нейробиология – Палеонтология – Палинология – Паразитология– Радиобиология – Систематика – Системная биология – Синтетическая биология– Спонгиология – Таксономия – Теоретическая биология – Териология – Токсикология – Фенология – Физиология – Физиология ВНД – Физиология животных и человека – Физиология растений – Фитопатология – Цитология – Эволюционное учение – Эмбриология – Эндокринология – Энтомология – Этология.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д.

В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика. Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией.

У экскретологии много точек соприкосновения с энвайронментологией, определяемой как комплексная дисциплина об окружающей человека среде, главным образом природной, её качестве и охране. В русской литературе чаще говорят об охране природы или охране окружающей человека среды, не употребляя термина энвайронментология. Однако "охрана природы" традиционно имеет смысл введения запретов, а не общей рационализации природопользования.

Охрана среды жизни, имеющая неотъемлемой частью отторжение мусора, отбросов и отходов, а также «социальных отбросов» и определяемая как единство всех усилий (правовых, хозяйственноэкономических, социальных), направленных на поддержание или восстановление биосферы Земли, понимается как более целеустремленная интеграция усилий, чем охрана природы.

Таким образом, энвайронментология является составной частью охраны среды жизни. Охрана среды жизни, включающая в себя элементы экскретологии, – более широкое понятие, чем энвайронментология, что ясно видно из записанных выше двух определений.

На рисунке 1.4.1. приведена схема квалификации экскретов на эколого-природоохранные и социально-гуманитарные. Из неё следует, что существующие экскреты поделились поровну между этими категориями, и только потери и находки присущи как объектам загрязнения природных сред, так и социально-гуманитарным объектам.

1.5. Основные положения экскретологии

1. Экскреты – тела, продукты, изделия, появляющиеся в природе и в человеческом обществе как объекты конечного выделения и отторжения.

Отторжение для живых организмов подразумевает их изоляцию от биоценозов, лишение жизни или уничтожение. Для объектов неорганического мира отторжение означает их потерю или выбрасывание, разрушение (деструкцию), отделение или изоляцию от первоначального физического тела, уничтожение.

Таким образом, экскретами являются конечные продукты деятельности человека и других живых организмов, а также тела, вещества и продукты, возникающие при различных – как правило экстремальных – естественных процессах.

В широком смысле экскретами являются любые естественно-природные и антропогенные объекты, закончившие свой жизненный цикл, выделенные и отторгнутые организмами (в том числе и общественными), выбрасываемые за ненадобностью или уничтожаемые каким-нибудь способом.

Примеры антропогенных экскретов:

– любые конечные выделения человеческого тела и само тело после его смерти;

– отторгнутые человеком живые организмы;

– любые конечные выделения культивируемых человеком объектов растительного и животного мира, а также сами эти объекты после их гибели или завершения жизненного цикла;

– любые вещества, продукты, изделия, произведённые человеком, после утраты ими потребительских качеств, ставшие ненужными и невостребованными.

Примеры природных экскретов:

– любые конечные выделения объектов флоры и фауны, а также сами эти объекты после их гибели или завершения жизненного цикла;

– объекты, возникающие при катастрофических проявлениях природы в качестве отторгнутых тел;

– объекты космического происхождения после их появления в природных средах Земли (в воздухе или околоземном пространстве, в грунте или на поверхности земли или в водных объектах).

2. Экскретология – наука об антропогенных (связанных с человеком и его деятельностью) и природных экскретах, их возникновении, трансформации, возможной утилизации, использовании и уничтожении.

Экскретология – комплексная наука, связанная с другими естественными науками. Наиболее тесно круг изучаемых ею дисциплин соприкасается со следующими науками: биология, экология, гарбология, геология, археология, охрана природы, космонавтика, геофизика, социология, эстетика и с некоторыми другими.

3. Все материальные объекты природы – суть экскреты: реальные или потенциальные. Живые организмы постоянно продуцируют экскреты и в конечном счёте сами становятся экскретами.

Материальные объекты природы включают в себя бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Они включают в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента [32]. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями. Сама материя существует лишь в виде бесконечного многообразия конкретных образований и систем.

Неорганические тела как объекты природы представлены огромным количеством материальных тел, последовательно проходящих стадию возникновения, развития и разрушения. Материальным неорганическим объектам присущи движение и изменение, закономерное саморазвитие, проявляющиеся в различных формах, превращение одних экскретных состояний или форм в другие.

Материальную основу живых тел составляют органические соединения углерода, которые в процессе жизнедеятельности организма претерпевают биохимические превращения. Сущность этих превращений – процессы ассимиляции и диссимиляции, т. е. в конечном счёте построение живого тела из поступающих извне питательных веществ и разложение органических веществ с выделением энергии, используемой в процессах жизнедеятельности. Совокупность ассимиляции и диссимиляции составляет обмен веществ организма, или его метаболизм.

Каждый многоклеточный организм начинает свою жизнь с одной зародышевой клетки. После многократных делений клеток формируется взрослая особь, содержащая миллиарды их. Естественно, что эти миллиарды клеток создаются в результате непрерывно идущих в живых клетках процессов синтеза новых молекул, их соединения во внутриклеточные структуры и обеспечения работы этих структур. На протяжении жизни клеток происходит распад части этих структур и замена их новыми.

Поступательное движение организма к естественной смерти, к прекращению индивидуального существования обусловлено его старением, проявляющимся в ослаблении и угасании жизнедеятельности, и в конечном счёте в гибели, то есть в становлении экскретом. Эти процессы объясняются исходя из диалектико-материалистического понимания развития как непрерывного отмирания старого и возникновения нового.

4. Жизнь с позиций экскретологии – это поглощение или замещение экскретов сегодняшних экскретами завтрашними. Экскреты – звенья пищевых (трофических) цепочек. Биосфера – целостная организованная система живого вещества – включает в себя экскреты как необходимые элементы.

На протяжении жизни любого из организмов, населяющих нашу планету, в его органах и тканях осуществляется бесконечно сложная цепь разнообразных химических превращений. Ни один организм не может существовать без тесного взаимодействия с окружающей его внешней средой, из которой он получает необходимые питательные вещества. Организм перерабатывает эти вещества и выделяет те, которые ему не нужны. Не остаются постоянными и вещества, входящие в состав тела растения, животного или микроорганизма. В каждой его клетке непрестанно происходит сложный комплекс химических процессов – обмен веществ. Питательные вещества, воспринимаемые организмом из внешней среды, подвергаются процессам распада и в результате сложных изменений, протекающих внутри клеток, превращаются в вещества организма, необходимые для жизнедеятельности (процессы ассимиляции). Одновременно в организме непрерывно осуществляются процессы разложения (диссимиляции) веществ, входящих в состав его клеток.

Живые организмы, входящие в состав биоценоза, неодинаковы с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии из окружающей среды. Растения не нуждаются в других живых посредниках для строительства своего организма (их называют автотрофами, производителями или продуцентами). Они, используя энергию солнечного света, создают органическое вещество из неорганического.

Организмы, которые не могут создавать собственное вещество из минеральных компонентов, вынуждены использовать вещества, созданные автотрофами, употребляя их (автотрофов) в пищу. Такие организмы называют гетеротрофами, что означает «питаемый другими», или консументами.

Жизнь, как биологический процесс, представляется так. Травоядные животные – консументы 1-го порядка поедают растения – продуценты, первичные хищники – консументы 2-го порядка поедают травоядных, вторичные хищники – консументы 3-го порядка поедают хищников – консументов 2-го порядка и консументов 1-го порядка. Таким образом, создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов. Эти цепи могут быть довольно длинными, однако почти всегда они заканчиваются человеком – консументом наивысшего порядка.

Функционирование каждой пищевой цепочки предполагает наличие жертв, то есть экскретов. Человек как «венец природы» ест всех, а его съесть не может никто! Однако это не совсем верно, когда дело касается конечного этапа жизни человека.

Дело в том, что и продуценты и консументы на разных этапах своего жизненного цикла встречаются и входят в пищевой контакт с редуцентами, или деструкторами (разрушителями) – простейшими организмами, микроорганизмами, водорослями, грибами. Эта же участь уготована и для человека. На конечном этапе своего существования консументы (в том числе и человек) становятся экскретами и должны освободить жизненное пространство для новой жизни.

Микроорганизменные и простейшие редуценты биологически разлагают экскретов (мёртвые организмы и конечные выделения живых организмов), минерализуют их до воды, СО2 и минеральных веществ – составных частей гумуса. Твёрдые остатки ископаемых животных входят в состав осадочных пород. Таким образом, в сообществах живых организмов, проходя этап превращения в экскреты, от звена к звену циркулируют питательные вещества и энергия. Все формы жизни на Земле составляют одну всеобъемлющую и взаимосвязанную систему, в которой живое превращается в живое, пройдя стадию экскретов.

5. Ни один живой организм не способен жить в среде (окружении) собственных экскретов.

Изучение жизнедеятельности живых организмов показало, что они способны существенно воздействовать на среду своего обитания. Их жизнедеятельность может значительно влиять на жидкостный, твёрдофазный и газовый состав природных сред, в которых они живут. Например, при фотосинтезе зелёных растений в атмосферу поступает кислород, диоксид углерода, напротив, извлекается из атмосферного воздуха растениями и вновь поступает туда в процессе разложения остатков погибших организмов. Аналогичная ситуация наблюдается и в водоёмах и с объектами флоры и фауны.

Следует отметить, что в естественных условиях живые организмы обитают в достаточно «просторных» средах, так что их выделения, как правило, не способны заметно повлиять на состав этих сред. Однако иногда возникают ситуации ограничения жизненного пространства популяции, и тогда может возникнуть негативное влияние выделяемых веществ на качество окружающей особь среды. Это особенно актуально не только для обитателей небольших водоёмов, но и для человека, практически вся производственная жизнь которого протекает в замкнутых помещениях с плохой вентиляцией. Выделяемые человеком антропотоксины (экскреты) в прямом смысле отравляют его жизнь.

Обобщая указанную закономерность на биосферу, можно утверждать, что живые организмы, потребляя из окружающей среды необходимые им вещества и выделяя в неё экскреты (продукты своей жизнедеятельности), делают её в замкнутом пространстве непригодной для жизни.

Это положение экскретологии может быть проиллюстрировано на примере быстроразмножающихся бактерий [70], все процессы жизнедеятельности которых легко изучать в лабораторных условиях на питательной среде. Размножение бактерий определяется временем генерации – периода, в течение которого осуществляется деление клетки. Несмотря на то, что продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, состава питательной среды, температуры и многих других факторов, во всех экспериментах исследователи наблюдают одно и то же поведение популяции микроорганизмов. Отмечаются следующие фазы размножения бактериальных клеток на жидкой питательной среде [70]:

1) Начальная стационарная фаза; она характеризуется тем количеством бактерий, которое попало в питательную среду и в ней находится.

2) Лаг-фаза (фаза покоя); её продолжительность – 3^4 ч, во время которого происходит адаптация бактерий к питательной среде, начинается активный рост клеток, но активного размножения ещё нет. В этом временном интервале увеличивается количество белка, РНК.

3) Фаза логарифмического размножения. В этой фазе активно идут процессы размножения клеток в популяции, размножение клеток преобладает над их гибелью.

4) Максимальная стационарная фаза, во время которой бактерии достигают максимальной концентрации, т. е. максимального количества жизнеспособных особей в популяции. При этом количество погибших бактерий равно количеству образующихся; дальнейшего увеличения числа особей не происходит.

5) Фаза ускоренной гибели; процессы гибели преобладают над процессом размножения, так как истощаются питательные субстраты в среде и накапливаются токсические продукты жизнедеятельности клеток (экскреты), продукты метаболизма.

Этой фазы развития популяции можно избежать, если использовать метод проточного культивирования. Его сущность в постоянном удалении из питательной среды продуктов выделения бактерий и восполнении питательных веществ. Одним восполнением питательного раствора фазу ускоренной гибели клеток остановить невозможно. Клетки испытывают дискомфорт и угнетение и вяло размножаются. Если периодически не добавлять питательный раствор в сосуд, то через некоторое время бактерии погибают из-за самоотравления продуктами собственных выделений – экскретами.

Такие же закономерности наблюдаются и в отношении других живых организмов.

6. Основным конечным продуктом разложения экскретов является гумус. Таким образом, выделяемый микроорганизмами и простейшими организмами гумус – это экскрет экскретов.

Гумус (в переводе с латинского – «земля», «почва») – это совокупность темноокрашенных органических веществ почвы. Он состоит из гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот), гумина и ульмина. Гумус образуется из перегноя – органических остатков растений и животных в результате сложных биохимических превращений. Интенсивность этих превращений, а следовательно, и накопление в почве гумуса зависят от теплоёмкости почвы, её увлажнения и аэрации, реакции почвенного раствора.

Перегной содержит основные элементы питания растений: азот, фосфор, калий, серу и др., но в труднодоступной для растений форме.

Под воздействием почвенных микроорганизмов и простейших организмов перегной доразлагается (происходит его минерализация), и питательные элементы становятся доступными растениям. Поэтому он является «кладовой питательных веществ» почвы и во многом определяет её плодородие. От содержания гумуса зависят также водный, воздушный и тепловой режимы почвы, её структура и биологическая активность.

Продуктами конечного выделения простейших водных организмов и микроорганизмов, очищающих водные объекты от различных загрязнителей, является так называемый «водный гумус».

Гумус, как конечный продукт выделения живых организмов, можно назвать экскретом экскретов. Он является наиболее массовым и универсальным экскретом, завершающим «бренное существование» всех наземных живых организмов. Благодаря гумусу жизнь начинается, гумусом – фактически прахом, заканчивается.

Процесс гуминизации экскретологически реализуется наиболее простейшими и примитивными земными существами, включая бактерии, одноклеточные организмы, черви и грибы.

7. Почвенный слой Земли, осадочные породы дна водоёмов и воздушный околоземный слой атмосферы являются местами накопления и хранения экскретов – окончательно выделенных и отторгнутых Природой и Человеком тел и веществ. Эти геологические структуры посредством простейших и микроорганизмов очищают биоценозы от загрязнений, являясь естественными биологическими фильтрами.

На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Торфяники, глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы – все эти породы органогенного (т. е. с участием живых организмов) происхождения. Наконец, свойства природных вод, солёность Мирового океана и газовый состав атмосферы также определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ. Чистота морских вод – во многом результат фильтрации, осуществляемой разнообразными водными и донными организмами (бентос, зоопланктон и др.). Большинство из них добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что океан очищается от взвеси за 4 года.

Что касается почвы, то она, как глобальный экскрет планеты, является не только продуктом жизнедеятельности и областью наивысшей активности живого вещества, но также и мощным биологическим фильтром. «Действующим веществом» этого фильтра служит гумус почвы, определяемый как комплекс различных органических соединений (углерода), запас питательных веществ, образованный в почве в процессе жизнедеятельности почвенных организмов: микробов, грибов и животных (в большей степени червей, жуков и др.) [126]. Глобальная роль микроорганизмов проявляется в таких процессах, как минерализация органических веществ, образование ряда горных пород, почвообразование, а также в патогенном действии на другие организмы.

Но более важная роль микроорганизмов и простейших организмов заключается в их очистительном значении для всего живого мира, и это значение связано с почвообразованием – созданием плодородного слоя почвы, дающего пищу множеству живых организмов.

Научные исследования обнаружили уникальные свойства составляющих гумуса связывать соли тяжелых металлов, радионуклидов и ароматических углеводородов, которыми насыщены выбросы современных производств (химических заводов, котельных, выхлопы автомобилей, и т. п.). Без этого природного фильтра мы, люди, и весь живой мир планеты давно должны были бы задохнуться и отравиться. Катастрофы пока не происходит благодаря самому мощному "буферу" планеты – гумусу почв, который, как губка, "впитывает" всё это, а затем "связывает" столь прочно, что не даёт этой техногенной "грязи" проявить пагубное воздействие на живой мир.

Считается [126], что «в гумусе почвы заключена наша собственная жизнь, жизнь наших детей и далёких потомков. Поэтому всячески оберегайте "создателей" гумуса: почвенных аэробных микробов, грибы и почвенных животных, особенно дождевых червей. Они дарят нам здоровую жизнь – в прямом смысле этого слова. Задумайтесь над этим. Это не чья-то отдельная забота, а наша общая. Верните им "дом" на планете, не разрушайте его. Разрушив их "дом", вы убьёте себя и всё живое на планете, потому что их силы по "производству" гумуса не беспредельны. А произведенный ими за миллиарды лет гумус находится на грани истощения; в районах экологических бедствий он уже не способен "связать" и нейтрализовать всю отраву техногенного происхождения, созданную человеком».

Подводя итог обсуждению вопроса о роли почвы в жизни планеты, можно заключить, что она – важнейший элемент биосферы и глобальный экскрет, без которого ничто живое на Земле не могло бы существовать. В конечном счёте именно почва и микроорганизмы, обитающие в ней, обеспечивают и поддерживают жизнь, создавая биологически чистую воду, оптимальный состав воздуха и разнообразие пищи. В почве сосредоточена примерно половина растительного вещества суши [127]. А в пустынях, на высокогорных плато, на крутых склонах и в тундре почва – это почти единственное обиталище живого вещества, основную массу которого здесь представляют корни растений (на их долю приходится здесь до 97 процентов всей растительной массы). Почвенная оболочка Земли – общепланетарная сокровищница, хранящая ту часть энергии, уловленной растениями с помощью фотосинтеза, которая перешла в перегной.

Вместе с перегноем в почве накапливаются и такие элементы, как углерод, фосфор, азот, кальций, магний, медь, вторичные алюмосиликатные минералы – необходимые элементы питания растений. Почвенная оболочка Земли – приёмник дождевой влаги, проливающейся над континентами; поэтому именно почва определяет баланс пресной воды на планете, формирует сток воды и её химический состав. Почвенный покров и населяющие его микроорганизмы выполняют роль универсального биологического адсорбента – вечного чистильщика и нейтрализатора загрязнений. И ещё одна важнейшая роль системы «почва – растения»: она – источник продуктов питания и во многих случаях – единственный источник разнообразного биологического сырья, материалов, топлива. Итак, почва и микроорганизмы, обитающие в ней, обеспечивают самое существование жизни.