Системные законы экологии

Современная экология располагает совокупностью правил и законов, являющихся следствием фундаментальных законов природы. Видный американский эколог Барри Коммонер в 1971 г. в книге “Замыкающийся круг” обобщил системность в экологии в виде 4 законов-поговорок – сам ученый назвал их законами экологии: “все связано со всем “,”все должно куда-то деваться”, “ничто не дается даром”, “природа знает лучше”.

1.2.1. “Всё связано со всем”

(О всеобщей связи процессов и явлений

в природе и человеческом обществе)

Все живое имеет единый физико-химический состав. Все жи­вые системы характеризуются разнообразными, разветвленными и интенсивными потоками вещест­ва, энергии и информации, что позволяет говорить о единстве и взаимосвязи в глобальном масштабе.

Всё живое на Земле подчинено космиче­ским силам, единому потоку солнечной энергии, его рит­мам. И природа, и общество находятся в одной сети системных взаимодействий. Поэтому любое изменение, совершаемое человеком в природе, вызывает цепь последствий, как правило, неблагоприятных.

Можно отметить несколько важных для экологии следствий закона “все связано со всем”:

• Закон больших чисел - совокупное действие большого чис­ла случайных факторов приводит, при некоторых общих усло­виях, к результату, почти не зависящему от случая, т. е. имею­щему системный характер (например, хаотичное движение молекул газа в сосуде определяет системный параметр – давление газа);

• Принцип Ле Шателье — при внешнем воздействии, вы­водящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции;

• Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимо­связей;

• Закон оптимальности - любая система функционирует с наибольшей эффектив­ностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

“Дикие идеи” и ошибки, возникавшие при непонимании закона “Все связано со всем”:

В 1984 г. геолог Дж. Макги сказал: “Подчиняя себе диких животных, человек сохранит лишь тех, кто может быть приручен. Остальные должны быть уничтожены.” Не потому ли в 1970 г. в США охотники уничтожили более 190 крупных млекопитающих (рысей, волков, лисиц и др.)?

В Болгарии для получения охотничьего билета в 70-х годах необходимо было ежегодно предоставлять комиссии шкурку лисицы, или белки или норки и т.п. В результате без какого-либо контроля истреблялись не только эти животные, но и ястребы, орлы и др. враги грызунов. Это привело к нашествию в 1988 г. мышей и крыс на города Софию и Варну.

В 70-е годы ХХ в. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) пыталась бороться с малярией на острове Калимантан в Индонезии, опрыскивая местность пестицидом ДДТ. Кроме комаров – переносчиков малярии, ДДТ ели также и тараканы. Они крупнее, поэтому более устойчивы к ДДТ. Тараканы не погибли, но стали медлительными, и ящерицы поедали их в значительных количествах. Концентрируясь в организмах ящериц ДДТ вызывал нервные расстройства и ослабление их рефлексов, поэтому они стали чаще оказываться жертвами кошек. Массовое истребление ящериц позволило размножиться гусеницам, которые поедали тростниковые крыши хижин местных жителей, крыши стали проваливаться. Кроме того, началась массовая гибель кошек, отравившихся ДДТ. Тогда поселки наводнили крысы и, что еще хуже, они принесли с собой блох, зараженных чумной палочкой. Люди получили вместо малярии гораздо более страшную болезнь – чуму. Поэтому ВОЗ прекратила опрыскивание ДДТ и сбросила большую партию кошек на парашютах.

Без учета всеобщей связи мир может погибнуть от действия антропогенных факторов – железо, огонь и зубы - это три средства, которые при отсутствии регулирования могут уничтожить природные системы.

1.2.2. “Всё должно куда-то деваться”

Это формулировка законов сохранения вещества применительно к природной среде.

Природная или общественная система может развиваться только за счет использования энергии и информационных ресурсов окружающей ее среды. Изолированное саморазвитие невозможно.

Основное отличие процессов в живой природе от человеческого общества в том, что природа в целом почти безотходна, в ней нет такой вещи, как мусор, вследствие соблюдения количест­венного баланса масс и равенства скоростей синтеза и распада, что означает высокую степень замкнутости круговорота ве­ществ в биосфере. Все опавшие листья, экскременты и трупы животных становятся пищей для других организмов — насекомых, червей, грибов, бактерий — разлагаются ими до простых соединений и в таком виде рано или поздно вновь потребляются растениями. Следствием действия названного закона является то, что отходы или побочные воздействия (эффекты) производства неустранимы, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени, и любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде “экологического бумеранга”. Это исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

1.2.3. “Ничто не дается даром”

Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно: все извлеченное в процессе человеческого труда должно быть возвращено.

Любое новое приобретение в эволюции системы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем.

В экономике природы, как и в экономике человека, не существу­ет бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, кислород оплачиваются любой расходующей их системой. Плата за ресурс - полнота и скоро­сть возврата, оборота ценностей, замкнутость материальных круговоротов. А нежелание вкладывать средства в защиту окружающей среды оплачивается здоровьем как сегодняшнего поколения людей, так и их потомков. Поскольку все ресурсы, извлеченные из природной среды, необходимо возвращать, то идея о захоронении отходов в космосе, выдвинутая фирмой Дж. Слейтона (США), противоречит закону “Ничто не дается даром”.

1.2.4. “Природа знает лучше”

Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы можем ей навредить, пытаясь улучшить. Поэтому действия человека должны быть направлены не на покорение природы и преобразование ее в своих интересах, а на адаптацию к ней.

Люди создали множество вещей, которых нет в природе - колесо, электродвигатель, радиосвя­зь, ядерная энергия. Несомненно, человеческая техника превзошла многие возможности живых организмов, в особен­ности по таким характеристикам, как прочность, мощность, концентрация энергии, скорость движения, дальность передачи сигналов и т. п. Но по изобретательности использования зако­нов природы, по принципам, оригинальности, совершенству и красоте конструктивных решений, по экономичности и эффек­тивности, по здравому смыслу, наконец, технические устройства намного уступают биологическим системам. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить полные технико-экономические параметры в таких гомологических па­рах: автомобиль — лошадь подводная лодка — дельфин; про­мышленный катализатор — фермент; солнечная батарея — зе­леный лист растения; гидравлический компрессор — сердце; компьютер — человеческий мозг. Поэтому человек пытается изучать ге­ниальные находки и идеи природы в рамках раздела науки – бионики и применять принципы действия живых систем и биологиче­ских процессов для решения инженерных задач.

Р. Эмерсон:“Что такое сорняк? Растение, достоинства которого еще не открыты.”

Принцип “природа знает лучше” определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Главный критерий этого отбора — вписанность в глобальный круговорот веществ, увеличение его эффективности, запол­ненность всех экологических ниш, исключение «мертвых зон» в се­ти природных взаимосвязей.

Человеческая индустриальная цивилизация очень быстро и грубо нарушает замкнутость круговоротов веществ в гло­бальном масштабе, что не может остаться безнаказанным.

1.2.5. “На всех не хватит”

(Закон ограниченности ресурсов)

Этой формулировки нет в списке законов экологии Б. Коммонера. Но она также отражает общую системную зако­номерность.

В природе действует правило максимального “давления жизни”: организмы размножаются с интенсивностью, обеспе­чивающей максимально возможное их число.

Репродуктивный потенциал многих организмов так велик, что если бы на какое-то время были сняты ограничения размножения и остановлено умирание, то за считанные часы масса живого вещества превысила бы массу земного шара. Этого не происходит из-за ограничений по веществу: масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограничена. Это означает, что общее количество живого вещества всех организмов планеты сравнительно мало изменя­ется, во всяком случае в пределах больших отрезков времени. Эта закономерность была сформулирована В. И. Вернадским в виде закона константности количества живого вещества: коли­чество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Поэтому значительное увеличение чис­ленности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других организмов.

ª Вопросы для самопроверки

1. Какие законы Коммонера вы знаете?

2. Почему большинство продуктов хозяйственной деятельности человека не включается в природный биотической круговорот?

3. Что такое открытая система? Приведите пример открытой системы.

4. Чем “отходы” естественной экосистемы отличаются от отходов промышленности в их воздействии на природу?

5. Почему современную цивилизацию называют “цивилизацией отходов” и “цивилизацией потребления”?

6. Создаются ли отходы при функционировании природных систем?

7. Что такое “экологический бумеранг”?

8. Существует мнение, что человек с точки зрения живой природы производит только мусор и отраву. Почему этого нельзя сказать ни о каком другом животном?

&? Вопросы для самостоятельного изучения

1. Объясните, почему озон является прекрасным примером формулы “загрязнитель – это вещество, оказавшееся не на месте”.

2. Какое экологическое значение имеет тот факт, что человек умеет синтезировать 10 млн веществ, тогда как в природе существует порядка 2 млн веществ?

3. Какие пути замыкания следующей цепи: “вещество, энергия, информация ® полезный продукт ® отходы” Вы можете предложить?

4. Попытайтесь привести пример безусловного превосходства созданий человека над созданиями природы.

5. В чем суть концепции “Земли как космического корабля“?

6. Возможно ли существование человека в искусственно созданных им самим условиях? Возможен ли возврат человечества в настоящее время “назад, к природе”?