Лекция 13,14. Человек, биосфера и космические циклы

Биосфера и ее структура. Термин «биосфера» использовал австрийский геолог Э. Зюсс для обозначения оболочки Земли, населяемой живыми организмами.

В.И. Вернадским было разработано представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Он впервые создал учение о геохимической роли живых организмов, показав, что их деятельность является главным фактором преобразования земной коры. По его представлениям: биосфера – та область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается воздействию живых организмов. Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли. Биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере). На поверхности Земли в настоящее время полностью лишены живых существ лишь области обширных оледенений и кратеры действующих вулканов. В. И. Вернадский указывал на «всюдность» жизни в биосфере.

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает, прежде всего, температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5–15 км уже превышает 100˚С. В нефтяных месторождениях на глубине 2–2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве (живые организмы обнаружены до глубины 7,5 км). В океане жизнь распространена на всех глубинах и встречается на дне океанических впадин в 10–11 км и температурой около 0˚С. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием ультрафиолетовой радиации. На высоте 25–27 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь озон. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Основная часть жизни в атмосфере сосредоточена в слое до 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря.

Функции живого вещества биосферы. Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:

1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных космических излучений выполняла вода).

3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколь­ко порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества – образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

8. Рассеивающая – функция, противоположная концентрационной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человече­ской деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др.

Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Круговорот веществ в биосфере. Основой самоподдержания жизни на Земле являются биогеохимические круговороты. Все химические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии.

В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты.

Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) – круговорот веществ, движущей силой которого являются геологические процессы. Протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы (горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, – за счет экзогенных процессов.

Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов и совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ, затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ. В зависимости от расположения резервного фонда (т.е. веществ не связанных с живыми организмами) биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

1) Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота).

2) Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды.

С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот (обмен) – круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две со­ставляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ.

Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Биологическая эволюцией – это историческое развитие организмов, в основе которого лежат уникальные процессы функционирования генетической информации в конкретных условиях окружающей среды.

Основу принципов эволюции, воспроизводства и развития живых систем составляют, предложенные Ч. Дарвином, движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.

Основные эволюционные учения. На протяжении многих веков господствовали представления о Божественном происхождении природы креационизма, о том, что виды организмов были созданы в их нынешних формах, после чего они же не изменялись.

К концу XVIII в. было описано много животных и растений, проводились попытки их систематизации. Значительный вклад в создание системы природы внес шведский ученый К. Линней.

Эволюционное учение Ламарка. В системе природы Ламарк разместил организмы в восходящем порядке – от простейших до высокоорганизованных существ. По его мнению, эволюция идет на основании внутреннего стремления организмов к прогрессу. Причиной многообразия живого Ламарк считал воздействие различных факторов среды, причем реакции организма на воздействия среды носят целесообразный характер и передаются по наследству, эти представления оказались ошибочными.

Теория эволюции Дарвина. В 1858 г. Ч.Дарвин и независимо от него А.Р. Уоллес обосновали принцип естественного отбора и представление о борьбе за существование как механизме этого отбора. Теория эволюции путем естественного отбора основана на следующих положениях:

1. Для живого характерно наличие изменчивости, причем для эволюции громадное значение имеет наследственная изменчивость. При благоприятных условиях эти различия могут не играть существенной роли, при неблагоприятных – каждое мельчайшее различие может стать решающим в том, останется ли этот организм в живых и даст потомство или же он будет уничтожен.

2. Для организмов характерно размножение в гео­метрической прогрессии. Потенциально вид в каждом поколении производит гораздо больше особей, чем их может выжить до взрослого состояния на занимаемой территории. Следовательно, значительная часть родившихся гибнет в «борьбе за жизнь». В результате борьбы за существование происходит элиминация (физическая гибель или устранение при размножении) особей, которые по признакам наименее соответствуют условиям среды обитания. Таким образом, следствием борьбы за существование является естественный отбор.

Естественный отбор, по Дарвину, – это выживание наиболее приспособленных, и преимущественное оставление ими потомства. Естественный отбор не отбирает более приспособленных, они просто сохраняются в результате элиминации менее приспособленных.

Ч.Дарвин считал, что возникновение новых видов происходит постепенно путем накопления полезных индивидуальных изменений, увеличивающихся из поколения в поколение. Процесс видообразования происходит по принципу дивергенции, т.е. за счет расхождения признаков.

Таким, образом, результатом отбора является возникновение приспособлений и на этой основе – видового разнообразия.

Дарвин впервые предложил естественно-научное объяснение эволюционного процесса. Он указал на движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор; дал объяснение механизма видообразования.

Синтетическая теория эволюции (СТЭ) возникла в конце XIX в. и представляет собой единение нескольких наук, первостепенными из них являются теория эволюции и генетика. Основные положения СТЭ по Н.Н. Воронцову следующие:

1. Материалом для эволюции служат, как правило, очень мелкие, но дискретные изменения наследственности – мутации.

2. Основным или даже единственным движущим фактором эволюции является естественный отбор, основанный на отборе (селекции) случайных и мелких мутаций.

3. Наименьшая эволюционирующая единица эволюции – популяция.

4. Эволюция носит дивергентный характер, т.е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов, но каждый вид имеет единственный предковый тип.

5. Эволюция носит постепенный и длительный характер.

6. Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц – подвидов, популяций.

7. Обмен аллелями возможен лишь внутри вида. Вид – генетически целостная и замкнутая система.

8. Любой реальный, а не сборный таксон имеет однокорневое, монофилитическое происхождение.

Начальные этапы развития жизни на Земле. Как полагают, первые примитивные клетки появились в водной среде Земли 3,8 млрд. лет назад – анаэробные, гетеротрофные прокариоты, они питались синтезированными абиогенно органическими веществами или менее удачливыми своими собратьями; энергетические потребности удовлетворяли за счет брожения.

При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях значительное преимущество при отборе должны были приобрести организмы, способные к автотрофности, т.е. к синтезу органических орг. веществ из неорганических. Видимо, первыми автотрофными организмами были хемосинтезирующие бактерии. Следующим этапом было развитие реакций с использованием солнечного света – фотосинтез.

Для первых фотосинтезирующих бактерий источником электронов был сероводород. Значительно позже у цианобактерий (синезеленых водорослей) развился более сложный процесс получения электронов из воды. В качестве побочного продукта фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой для возникновения в ходе эволюции аэробного дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволяла организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.

Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы. Современное биологическое разнообразие: на Земле от 5 до 30 млн. видов. Биологическое разнообразие – как результат взаимодействия двух процессов – видообразования и вымира­ния. Биологическое разнообразие – наиболее ценный «ресурс» планеты. Биологическое разнообразие включает два понятия: генетическое разнообразие или многообразие генетических свойств у особей одного вида и видовое разнообразие или чис­ло различных видов внутри сообщества или всей биосферы. Биоразнообразие обеспечивает новыми источниками питания, энергии, сырья, химических и лекарственных продуктов. Генетическое разнообразие позволяет видам совершенствоваться, приспосабливаться, использовать необходимые ресурсы, найти место в биогеохимическом круговороте Земли. Биоразнообразие – страховая политика природы против катастроф. Структура биологического разнообразия. Единицы систе­мы – демы и популяции. Генофонд популяции.

Структура и функционирование экологических систем. Экологические факторы – это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологичес­ких факторов. По природе экологические факторы делят на абиотические и биотические, природные и антропогенные.

Абиотические факторы – компоненты неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на организм (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление, землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение, крутизна местности и др.).

Биотические факторы – воздействие на организм других живых организмов (внутривидовые, межвидовые; по типу взаимодействия – протокооперацию, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренции, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм.

Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.).

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакцияхживых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон толерантности (закон оптимума или закон В. Шелфорда) – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятель­ности особей (много «хорошо» – тоже «не хорошо»).Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью или толерантностью.

2. Закон минимума (закон Ю. Либиха или правило ограничивающих факторов) – возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума.

3. Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов (В.Р. Вильямсон) – полное отсутствие в среде полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами. Так, по данным «Книги рекордов Гиннеса» без воздуха человек может прожить до 10 мин., без воды – 10–15 суток, без пищи – до 100 дней.

Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, обра­зуя тем самым, так называемые, экологические системы.

Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).

Биогеоценоз – совокупность биоценоза и биотопа.

Экосистема (экологическая система) – система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ. Экосистема = биоценоз + биотоп.

При всем многообразии органический мир представляет собой единое целое. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гормональных систем и др.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции. Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный биогеохимические круговороты веществ. Каждый из организмов, вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации веществ и энергии. Живые организмы входят в тот или иной биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценоз, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним неблагоприятным воздействиям. Одни и них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Процесс смены одного сообщества другим называется сукцессией. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для других. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме дерева: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

Объединение разнородных индивидуумов в популяции создает преимущества в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида со средой обитания, поскольку возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное значение в борьбе за существование с другими видами. В состав биоценоза входят 4 функциональных компонента, обеспечивающих круговорот веществ:

Продуценты – автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и авто­трофные бактерии).

Консументы (макроконсументы, фаготрофы) – гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов (животные, гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы).

Редуценты (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) – гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минераль­ных веществ (сапротрофные бактерии и грибы).

В экосистеме пищевые и энергетические связи идут в направлении: продуценты → консументы → редуценты. Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. При передаче энергии в пищевой цепи с одного трофичес­кого уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики), и только около 10 % от первоначального количества передается по пищевой цепи.

Правило десяти процентов – на каждый следующий трофический уровень переходит примерно 10 % вещества и энергии предыдущего уровня.

Таким образом, биоценозы – целостные системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмены веществ сопряжены и приспособлены друг к другу: одни виды используют продукты метаболизма других видов или их самих в качестве пищи. В биоценозе на основе взаимодействия составляющих их видов возникают новые формы отношений живых существ с неживой природой.

Порция солнечной энергии, поступающая в виде света, связывается фототрофами – организмами, способными преобразовывать световую энергию в энергию химических связей сложных органических веществ (растения используют 1 % солнечной энергии). Этот процесс называется фотосинтезом и является основой всей жизни на Земле. В результате фотосинтеза не только создается пища для всех животных, грибов и множества бактерий, использующих готовые органические вещества, но и выделяется в атмосферу кислород, необходимый для жизни большинства организмов.

Помимо энергии всем организмам необходимы элементы, входящие в состав неорганических веществ, в частности углерод, водород, кислород, азот. Они необходимы всем живым существам в больших количествах, в связи, с чем они получили название органогенных элементов. Всем организмам нужны также фосфор, сера, калий, кальций, железо, магний и другие элементы. Все перечисленные элементы совершают в биосфере круговорота переходя от одних организмов к другим.

В то же время биосфера Земли является ресурсом для жизни живых организмов. Например, разнообразные виды микробов (хемогетеротрофы, фотоавтотрофы и др.) в результате жизнедеятельности вырабатывают кислород, необходимый для жизни всех существ.

Бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), микроскопические грибы, простейшие играют ведущую роль в жизни биосферы. Не будь микроорганизмов, круговорот веществ на планете не мог бы осуществляться. Условия, в которых ныне существуют высшие формы жизни (растения, животные), созданы микроорганизмами, прежде всего бактериями.

Мир бактерий разнообразен. Существуют сообщества микроорганизмов, образующие горные породы и называемые строматолитами. Древнейшие сообщества микроорганизмов, к которым относятся и строматолиты, создали ту биохимическую «машину» планеты, в которую затем встраивались растения и животные. Именно они создали первую на Земле пленку органического вещества и обогатили атмосферу кислородом.

Возникшие значительно позже растения и животные в свою очередь создали для бактерий новые экологические ниши. Так, особые сообщества микроорганизмов складываются в почве, прилегающей к корням растений. Или, например, некогда проглоченные с частицами органического вещества бактерии в ходе эволюции образовали сообщества в пищеварительном тракте млекопитающих.

Всюду на Земле можно встретить разнообразные формы жизни – от невидимых вирусов и бактерий до громадных китов и гигантских деревьев. Рост разнообразия живых организмов способствовал возрастанию устойчивости биосферы, ее развитию и совершенствованию, а также эволюционному развитию видов и сохранению энергии и ресурсов.

В ходе естественного отбора в составе биоценоза неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы.

Биологическое разнообразие животных увеличивается от полюсов к экватору и достигает своего пика в тропиках, в морях и океанах.

В истории Земли были катастрофы, когда биологическое разнообразие, как на суше, так и в океане резко сокращалось за короткие в геологическом масштабе сроки. Многие виды исчезали, земная кора опускалась или поднималась, менялись уровень моря, климат. Виды погибали, не приспособившись к новым условиям, но они сменялись новыми. Биосфера Земли проявила свою устойчивость и способность развививаться благодаря многообразию живых организмов, их способности выживать, приспосабливаться к изменяющимся условиям, размножаться.

Глобальные экологические проблемы. Концепции устойчивого развития. Появление на Земле около 40 тыс. лет назад человека разумного Вернадский рассматривал как естественную часть биосферы, а деятельность его – как важнейший геологический фактор. С появлением человека на биосферу Земли стало оказываться все возрастающее воздействие, как позитивное, но в большей мере – негативное.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых (обычно не характерных для нее) вредных химических, физи­ческих, биологических агентов. Загрязнение окружающей среды может быть физическое (тепловое, радиоактивное, шумовое, электромагнитное, световое и др.), химическое (тяжелые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества – СПАВ, пластмассы, аэрозоли, детергенты и др.) и биологическое (патогенные микроорганизмы и др.).

Ингредиентное загрязнение – совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.).

Параметрическое загрязнение – изменение качественных параметров окружающей природной среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное).

Биоценотическое загрязнение – воздействия, вызывающие нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.).

Стациально-деструкционное загрязнение (от слов стация – место обитания популяции, деструкция – разрушение) – воздействие, приводящее к нарушению и преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка лесов, эрозия почв, урбанизация и пр.).

Парниковый эффект – разогрев нижних слоев атмосферы, вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности. Парниковому эффекту способствует поступление в атмосферу антропогенных примесей (диоксида углерода, пыли, метана, фреонов и т.д.). Отрицательные для человечества последствия парникового эффекта заключаются в повышении уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов, теплового расширения океана и т.п.

Разрушение «озонового слоя». Слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона на высоте 20–25 км называется озоносферой. «Озоновая дыра» – значительное пространство в озоносфере планеты с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки). Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витамина D и т.д.), в больших дозах губительны, из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации.

Кислотные дожди – дождь, подкисленный до рН < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (диоксид серы, оксиды азота, хлороводород и пр.). Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии на растительность, так и в косвенном через снижение рН почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Снижение рН воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоема.

Деградация почвенного покрова. Деградация почв – ухудшение качества почвы в результате снижения плодородия. К явлениям деградации почв относятся: дегумификация почв (потеря почвами гумуса); промышленная эрозия почв (отчуждение почв городами, поселками, дорогами, линиями электропере­дач и связи, трубопроводами, карьерами, водохранилищами, свалками и т.д.); водная и воздушная эрозия (дефляция) почв (разрушение верхних слоев почвы под действием воды и ветра); вторичное засоление почв (результат неправильного орошения минерализованными или пресными водами); затопле­ние, разрушение и засоление почв водами водохранилищ и др.

Деградация растительного покрова. К деградации растительного покрова ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в ходе использования (рубка лесов, выкашивание, сбор с различными целями, стравливание домашними животными), при создании водохранилищ, в ходе открытых разработок ископаемых, при пожарах, в процессе распашки новых угодий; ухудшение условий жизни растений при орошении, осушении, засолении почв, изменении гидрологии водоемов, загрязнении среды токсичными химическими веществами и элементами, заносе вредных организмов (возбудителей болезней, конкурентов) и др.

Деградация животного мира. К сокращению или уничтожению видов животных ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в результате промысла животных, добываемых ради меха, мяса, жира и пр., при применении химических веществ для борьбы с вредителями сельского хозяйства (при этом часто гибнут не только вредители, но и полезные для человека животные), ухудшение условий жизни животных в результате вырубки лесов, распашки степей, осушения болот, сооружения плотин, строительства городов, загрязнения атмосферы, воды, почвы и т.д.

Демографическая проблема. Стремительный рост численности населения развивающихся стран часто называют «демографическим взрывом». Его начало приходится на вторую половину XXв.

Развивая цивилизацию, человек вырубает леса, распахивает степи, осушает болота, переселяет в новые места животных и пересаживает растения. Такое вмешательство в природу нарушает биологическое равновесие и в конечном итоге сокращает биологическое разнообразие.

Исчезновение видов живых организмов нарушает тонкий баланс природы, который складывался миллионы лет. Обедневшие экологические системы (леса, луга, озера и т.д.) становятся неустойчивыми и подвергаются разрушению при любом изменении внешних условий. Это создает угрозу устойчивости биосферы, способствует ее разрушению, так как от одного исчезнувшего вида тянется скрытая цепочка последствий, подчас опасных не только для природы, но и для человечества.

Поэтому биологическое разнообразие планеты нуждается в охране. Для этого во всех странах мира создаются особо охраняемые природные территории (ООПТ): заповедники, заказники, национальные парки.

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) была подписана Международная конвенция о биологическом разнообразии. В ней выражена решимость общими усилиями сохранять и поддерживать богатство и разнообразие всего живого. Многообразие живых организмов – основа устойчивости биосферы. Индикаторами приближения биосферы к границе неустойчивости являются загрязнения окружающей среды, потепление климата, утоньшение озонового слоя, уменьшение биологического разнообразия, необратимое изменение связей в биогеоценозах и т.д.

В связи с проблемой устойчивости экосистем возникла необходимость разработки концепции устойчивого развития. По своему замыслу принятие этой концепции должно было стимулировать разработку общей стратегии развития человеческого общества на базе экологически целесообразного природопользования, сохранения благоприятного для людей состояния окружающей среды, обеспечивающее приемлемое качество жизни для нынешнего и последующих поколений людей. Эту концепцию можно рассматривать в конечном итоге, как переход общества к ноосфере. Принципиально новое, что внес наш век в понимание проблемы органического многообразия, сводится к следующему: сохранение биологического разнообразия – непременное условие существования человека на Земле.

Микро- и макроэволюция. Факторы эволюции. Эволюционный процесс разделяют на два этапа: микроэволюцию – возникновение новых видов; макроэволюцию – эволюционные преобразования на надвидовом уровне.

Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования генетико-экологической структуры популяции (вида), приводящие к формированию нового вида. При этом популяция есть элементарная единица эволюции.

Теория макроэволюции рассматривает вопросы происхождения и развития надвидовых таксонов (классов, семейств, отрядов и т.д.), обосновывает закономерности развития жизни на Земле.

Процесс макроэволюции длится десятки и сотни миллионов лет, а микроэволюции тысячи тел.

Результатом эволюции является образование из популяций новых видов. Выделяют два основных пути видообразования: 1) аллопатрическое или географическое видообразование, связанное с пространственной изоляцией дивергировавших групп и может осуществляться в основном путем миграции или расчленения ареала различными преградами (реки, горы, почвы, климат и др.); 2) симпатрическое видообразование осуществляется в пределах ареала исходного вида несколькими способами – путем попиплоидии, гибридизации, сезонной изоляции.

Вид – совокупность особей, характеризующихся общим происхождением, наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям среды и занимающих определенный ареал. Критерии вида: морфологический, физиологический, биохимический, генетический, экологический, географический.

Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенный ареал и частично изолированных от других популяций.

Изменения генотипического состава популяций происходят под действием множества событий, которые тем или иным путем в состоянии преобразовывать популяции. Тем не менее возможно выделить четыре основных элементарных фактора эволюции: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор.

Мутационный процесс постоянно увеличивает генетическую гетерогенность популяций, создает резерв изменчивости и дает более широкие возможности для совершенствования приспособлений при изменении среды. Элементарными наследственными изменениями являются различные формы мутаций, которые определяют изменения признаков, свойств и норм реакции у организмов. В сумме они составляют ту «неопределенную», «индивидуальную» изменчивость, которую Ч. Дарвин положил в основу процесса эволюции. Сам мутационный процесс без участия других факторов эволюции не может направлять изменения эволюционного материала, резерва наследственной изменчивости.

Популяционные волны или «волны жизни» – периодические и непериодические колебания численности особей в популяциях. Причинами этих колебаний могут быть различные абиотические и биотические факторы. При резком сокращении численности (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов и т.д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала. Примерами популяционных волн могут служить колебания численности грызунов, цианобактерий, насекомых, бактерий и т.п. Случайное изменение частот генов в генофонде популяции называют дрейфом генов.

Изоляция – важнейший фактор эволюции, приводящий к разобщению, делающим невозможным свободное скрещивание. Размножение идет преимущественно в пределах изолята, прекращается обмен генетической информацией с другими группами. Это способствует закреплению начальной стадии изменения генофонда обособившейся группы, становлению ее как самостоятельной генетической системы. Различают пространственную и биологическую изоляцию.

Пространственная изоляция связана с территориально-географическими (водные преграды, горные хребты, места, непригодные для жизни, и др.) и экологическими (расселение по разным экологическим нишам) факторами разобщения популяций. К биологической изоляции могут относиться особенности поведения, изменения строения и физиологической активности сроков размножения и ряда других факторов, препятствующих скрещиванию. Эволюционное значение разных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.

Изменения частот генов, вызываемые приведенными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер, и даже их совместное действие не приводит к устойчивому осуществлению направленного процесса эволюции. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор – ведущий, направляющий фактор эволюционного развития органического мира. Естественный отбор следует понимать как избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется вкладом ее генотипа в генофонд популяции. Отбор действует в популяциях и его объектами являются фенотипы отдельных особей. Фенотип организма формируется на основе реализации информации генотипа в определенных условиях среды. Таким образом, отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы. Для эволюции имеют значение не только генотипы, но и фенотипы и фенотипическая изменчивость. Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий (сохранение признаков вида со средними значениями в относительно постоянных условиях), движущий (действует в изменяющихся условиях среды и обеспечивает преимущество особям с некоторыми отклонениями от средней нормы), разрывающий или дизруптивный (способствует сохранению сразу множеству фенотипов и действует в разнообразных условиях).

Направления эволюционного процесса. С момента возникновения жизни развитие живой природы шло от простого к сложному, от низкоорганизованных форм к более высоко организованным и имело прогрессивный характер. А.Н. Северцов выделял три основных пути эволюционных преобразований: ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация.

Ароморфозы (арогенез) – усложнения строения и функций организмов, которые ведут к общему повышению организации и жизнеспособности группы в новых условиях обитания. Приводят к возникновению новых крупных систематических групп – типов, классов. Например, предки млекопитающих и птиц приобрели ароморфозы важнейших систем: нервной, кровеносной, дыхатель­ной и др., что обеспечило освоение ими более сложных сред обитания.

Идиоадаптации (аллогенез) – мелкие приспособления к специфическим условиям среды, полезные в борьбе за существование, но существенно не меняющие уровня организации. Классы насекомых, птиц и млекопитающих на основе многочисленных идиоадаптации (разнообразные преобразования различных органов) дали громадное многообразие видов.

Общая дегенерация (катагенез) – упрощение организации, образа жизни в результате приспособления к более простым условиям существования. Например, переход к паразитическому или сидячему образу жизни нередко сопровождается морфофизиологическими перестройками, редукциями некоторых органов и систем

В природе также наблюдается и биологический регресс, который характеризуется уменьшением численности особей группы, сокращением ареала, уменьшением числа и разнообразия дочерних групп.

Основные правила эволюции. Правило необратимости эволюции (правило Л. Долло): эволюционный процесс необратим, возврат к прежнему эволюционному состоянии, ранее осуществленному в ряду поколений предков, невозможен.

Правило происхождения от неспециализированных предков (правило Э.Копа): возникновение новых крупных групп, сопровождающихся повышением уровня организации, связано с примитивными неспециализированными формами.

Правило прогрессирующей специализации (правило Ш.Депере): организмы единожды ставшие на путь узкой специализации, в дальнейшем буду развиваться по пути все более глубокой специализации.

Правило адаптивной радиации (правило Г.Осборна): историческое развитие (филогенез) каждой группы организмов происходит путем разделения исходного ствола на несколько боковых ветвей, расходящихся в нескольких адаптивных направлениях.

Правило чередования главных направлений эволюции (правило И.И.Шмальгаузена): в процессе эволюции происходит чередование ее основных направлений (ароморфозы сменяются идиоадаптациями).

Биогенетический закон Геккеля–Мюллера: онтогенез представляет собой краткое повторение филогенеза.

Биоэтика. Сравнительно недавно возникла одна из многих междисциплинарных наук – биоэтика. Причем в данном случае речь идет о науке, пограничной между естественными и гуманитарными знаниями.

Биологически существование живого организма сводится к исполнению трех функций:

поддержанию жизни, т.е. удовлетворению потребности в пище, физиологических отправлениях, восстановлению сил (сон, отдых);

приспособлению к внешней среде, пассивному (гнездо, нора, средства мимикрии и т.д. у животных; кров, одежда – у человека) и активному (защите от посягательств других особей);

воспроизводству себе подобных.

Природа снабдила все живое средствами для исполнения этих функций, сделав, однако, так, что эти средства не являются абсолютными. Относительность и ограниченность их в отношении каждого отдельного организма делают ограниченным время жизни индивидуума, что является условием обновления, совершенствования и развития живого как целого.

Для того чтобы предупредить развитие пессимистического сценария эволюции биосферы, в последние годы набирает силу новая наука – биоэтика, находящаяся на стыке биологии и этики.

Цель биоэтики – выработка этических, нравственных норм взаимодействия человека с миром природы, в том числе с миром живой природы.

В настоящее время формируется целый ряд основных принципов биоэтики. При этом исходными являются те, которые утверждают жизнь в качестве высшей ценности. Эти принципы включают следующее:

Гармонизация системы «человек – биосфера», выдвижение в качестве главной задачи создание оптимальных взаимоотношений между человеком и окружающей живой и неживой природой, создание совокупности правил и норм биоэтики для всемирного содружества всех стран планеты Земля.

Признание принципа единства жизни и этики, их взаимообусловленности. При этом жизнь – высшее проявление упорядоченности и развития в природе, а этика – сила, организующая социальную сферу.

3. Особое место в биоэтике занимает выработка оптимальных программ в системе отношений «человек–медицина».

Таким образом, под биологической этикой понимается применение правил и норм общечеловеческой морали, в которых осмысливаются проблемы долга, совести, чести, добра и зла.

Медицинская биоэтика.Одной из очень важных проблем биоэтики является также проблема «человек–медицина». Она включает, например, такие вопросы, как целесообразность поддержания жизни смертельно больного человека, допустимость использования человеком его «права на смерть», проведение научных экспериментов над животными и людьми, наконец, целесообразность применения генетики для клонирования (копирования) животных и людей.

Принципы поведения животных. Биоэтику следует рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Когда мы, люди, говорим «мы все люди и ничего человеческое нам не чуждо» на самом деле наше поведение похоже на поведение животных, изучением которого занимается этология. Многие признаки человеческого поведения генетически и социал ь но обусловлены. Часть человеческих черт обусловлено воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды. Все человеческие действия – это его поведение. Истоки человеческой морали можно и нужно искать поведенческих программах, присущих животным. Этологи открыли у животных большой набор инстинктивных запретов, необходимых и полезных в отношении с сородичами. Все эти запреты возникают под жестким давлением отбора рода – выполнения задачи сохранения вида. Основные запреты у животных:

1. «Не убей своего», чтобы его выполнить, необходимо отличать своего от чужого, должна работать система «свой–чужой» биологического узнавания, поэтому;

2. Нельзя не нападать неожиданно и сзади. Ритуал – специальная форма взаимодействия изобретенная людьми для удовлетворения потребности в признании среди своих. Потребность в признании – это первая потребность, с которой начинается взаимодействие людей. Если эта потребность не реализуется, то начинает развиваться агрессивное поведение по отношению к «непризнанному человеку», который ощущает себя как чужой.

3. У хорошо вооруженных природой животных есть запрет применения смертоностного оружия или убийственного приема в драке со своими. Этот механизм торможения является врожденным;

4. Не бить того, кто принял позу покорности «не бей лежачего»;

5. Победа с тем, кто прав. Животное, защищавшее свою территорию, нору, самку (детенышей) почти всегда выигрывает в конфликте даже у более сильного противника, потому что противник психически ослаблен.

Исследование феномена власти показывает, что государственная власть своими корнями уходит в биосоциальную эволюцию предков человека. Среди социальных животных структурируются:

– лидер (вожак) α – взрослые сильные особи с быстрой реакцией;

– β – разумные особи, уступающие первым в физической силе, быстроте реакции, храбрости, отличаются развитыми способностями, временные лидеры (замы), предлагающие новые нестандартные решения, выступающие буфером между лидером и остальной массой популяции;

– δ, γ – молодые и неопытные особи, которым «разрешено спариваться и иметь потомство»;

– ω – изгои, которым неразрешено иметь потомство, их используют в качестве живца для пробы возможно несъедобной пищи, если она погибает, то стадо не употребляет эту пищу и уходит прочь, сохранив стадо.

Биосфера и космические циклы. Биосфера – живая открытая система. Она обменивается энергией и веществом с внешним миром. В данном случае внешний мир – это безбрежное космическое пространство.

Извне на Землю приходят солнечное и электромагнитное излучение; так называемый солнечный ветер, представляющий собой сгустки плазменных облаков, непрерывно испускаемые Солнцем с переменной интенсивностью; галактические и солнечные космические лучи, а также потоки метеоритов.

От Земли в космос уходит собственное тепловое излучение, часть обратного рассеянного излучения Солнца (альбедо), а также потоки вещества верхней атмосферы Земли.

Таким образом, взаимодействие «биосфера–космос» представлявляет собой сложную динамическую систему, находящуюся в состояню подвижного равновесия.

Пограничная область между системой «Земля–космос» проходит на расстоянии 50–60 тыс. км над поверхностью Земли. Именно на такое расстояние простирается граница геомагнитного поля магнитосферы Земли. Процессы взаимодействия магнитосферы с веществом солнечной плазмы – солнечным ветром и космическими лучами – изучаются, и исследуется в рамках магнитной гидродинамики – современной космической науки, совместно учитывающей сложные явления пограничной среды в соответствии с уравнениями электромагнитного поля Максвелла, с одной стороны, и уравнениями гидродинамики, с другой.

В свое время академик В.В. Вернадский подчеркивал, что существует тесная взаимосвязь между явлениями, происходящими на Земле, и процессами космического порядка. Сейчас уже нет никаких сомнений в том, что среда нашего обитания – не только Земля и даже не только Солнечная система, но и вся окружающая нас Вселенная, неотъемлемой частью которой мы являемся.

В связи с этим при изучении земных явлений необходимо исходить из системного подхода в науках о Земле, что диктуется не только обнаружением тех или иных конкретных связей между земными и космическими явлениями, но и общими принципами современного естествознания. Целостное восприятие мира – необходимая черта современного стиля научного мышления.

Эпоху, в которой мы живем, по праву называют космической эрой, эпохой освоения космоса. И дело не только в осуществлении космических полетов и успешном развитии космической техники. Освоение космоса, все более глубокое познание закономерностей космических явлений, широкое вовлечение космоса в сферу человеческой практики – настоятельная потребность современного этапа в развитии земной цивилизации.

Становится ясно, что само возникновение и существование биосферы и человека тесно связано с физическими условиями во Вселенной, а также с особенностями течения физических процессов на Земле, в непосредственно окружающей нас области космоса и во Вселенной в целом.

Земные явления бесчисленными нитями связаны с физическими процессами, протекающими в космическом пространстве. Во-первых, во многих земных явлениях находят свое отражение общие закономерности космического порядка. Во-вторых, существует целый ряд непосредственных связей и зависимостей, определяющих влияние тех или иных космических факторов на нашу планету, в том числе и на биосферу. Таких факторов очень много.

Например, в результате вращения Земли дважды в сутки наблюдаются морские приливы и отливы под действием гравитационного притяжения Луны. Ясно, что это явление важно для обитателей приморских районов Земли.

Положение Земли в пространстве относительно Солнца приводит к суточной смене дня и ночи и естественной смене времен года в разных районах Земли, что влияет на все стороны жизни биосферы.

Важную роль сыграли факторы космического порядка в процессе становления жизни на Земле. В частности, многие характерные особенности живых организмов, в том числе и организма человека, непосредственно связаны с величиной силы тяжести на Земле, характером солнечного излучения, положением нашей планеты в Солнечной системе, а также положением Солнечной системы в нашей Галактике.

Так, например, строение органов зрения человека и животных обусловлено тем, что Солнце интенсивно излучает в оптическом диапазоне и это излучение проходит сквозь атмосферу Земли. Не случайно и то, что человеческий глаз наиболее чувствителен к желто-зеленым лучам, ибо именно эти лучи в составе солнечного света имеют наибольшую интенсивность.

Есть основания предполагать, что солнечная деятельность оказывает влияние на биосферу нашей планеты и в настоящее время.

Так, подмечен целый ряд статистических зависимостей, которые обнаруживают связь колебаний солнечной активности с эпидемическими, сердечно-сосудистыми и нервно-психическими заболеваниями, обострением хронических болезней, урожайностью и ростом годовых колец у деревьев. В связи с этим возникла новая область науки – гелиобиология, главная задача которой – выяснить физические механизмы воздействия Солнечной системы на процессы, протекающие в биосфере. Это одна из актуальных проблем современного естествознания, имеющая огромное практическое значение для человечества.

Изучение космического пространства с помощью спутников и космических аппаратов в последние десятилетия позволило существенно продвинуться в исследовании механизмов солнечно-земных связей, в первую очередь в выяснении целого ряда циклических процессов на Солнце и их проявлений в земных условиях. Прежде всего, речь идет о 27-дневных (в среднем) ритмах, связанных с вращением Земли относительно своей оси, с 11-летним (в среднем) и 22-летним (в среднем) циклами солнечной активности, проявляющимися более или менее синхронно в длительных временных рядах по большому числу визуальных характеристик Солнца в виде солнечных пятен, факелов, флокулл, хромосферных вспышек и др.

Современная гелиобиология подтверждает факт влияния ритмов Солнца на земные процессы, однако выясняется, что механизмы такого влияния являются гораздо более сложными, чем это представлялось в первой половине XX в. основателям космической биологии В.В. Вернадскому и А.Л. Чижевскому.

В то же время целый ряд конкретных вопросов солнечно-земных связей уже нашел решение как с точки зрения изучения материальных носителей таких связей (главным образом солнечных корпускулярных потоков), так и самих их механизмов. В частности, к ним относятся: вопросы изучения причин вариации магнитного поля Земли, в том числе и появления магнитных бурь на Земле; резкие изменения состояния ионосферы, нарушающие процесс распространения радиоволн на Земле; появление полярных сияний, земных электрических токов, процессов изменения атмосферного электричества и др.

Ясно, что необходимо дальнейшее изучение влияния всех установленных геофизических явлений на биосферу, в том числе и организм человека.

Человеческий организм – сложная и высокосовершенная саморегулирующаяся система, которая стремится к равновесию с окружающей средой, включающей в себе факторы космического порядка. Всякое нарушение данного равновесия, связанное с изменением внешних условий, вызывает соответствующую перестройку в деятельности организма.

Эту закономерность использует, например, современная медицина в лечебных целях. Воздействуя на организм климатическими, бальнеологическими и другими природ ными факторами, врачи сознательно добиваются таких целенаправленных изменений, которые повлекли бы за собой ликв идацию определенных заболеваний. Возможности подобного метода еще далеко не исчерпаны. Дальнейшее изучение влияния различных природных, в том чи с ле и космических, факторов на живые организмы открывает новые пути и збавления человека от различных недугов.

В последние годы идей о наличии многосторонних космо-земных связей подтве р ждены в работах по влиянию геомагнитного поля и солнечной активности на ритмы артериального давления, частоту сердечно-сосудистых заболеваний, поведение эритр о цитов, свертываемость крови, содержание гемоглобина, гомеостаз живых организмов, почвообразование, барическое давление и циркуляцию атмосферы, осадки, генезис рельефа Земли и т.д. Таким образом, периодичность солнечной активности является одним из важнейших факторов, влияющих на жизнь на Земле.

Современное естествознание и экология. Экология в концептуальном плане по нимается многими учеными как космическая этика, ибо экологические проблемы в открытом, нелинейном мире не могут быть локальными. Подобное направление хорошо согласуется с концепцией относительных равновесий в природе. Можно даже сказать, что относительные идеи экологии основаны на относительных равновесиях. Экология – одна из наук биосферного класса, которые получили широкое распространение в современном естествознании, поскольку в ней равновесные взаимодействия природной системы и окружающей среды принимаются в качестве исходного понятия.

Важной разновидностью экосистем можно считать экосистему человека, под которой понимаются отдельные люди вместе со своими культурными растениями и домашними животными. Каждый организм может жить, только взаимодействуя со своим окружением в рамках экосистемы. Устойчивые экосистемы – основное условие устойчивости жизни на Земле. В каждой экосистеме выделяют два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Первые (совокупность организмов – растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Понятия «экосистема» и «адаптация» тесно связаны между собой. Они ориентированы на совместное рассмотрение понятий «система» и «среда», их влияния друг на друга. В основе экологического равновесия лежит относительное постоянство круговорота веществ в каждой конкретной экосистеме. В связи с этим уместно подчеркнуть, что простые системы экологически нестабильны и, наоборот, разнообразие – залог стабильности.

Прибавление особей обусловливается биотическим потенциалом, их гибель – сопротивлением среды. Подобное равновесие называют динамическим, так как параметры сопротивления среды редко подолгу остаются неизменными. Размер популяций является результатом динамического равновесия между их биотическим потенциалом и сопротивлением среды.

Экологическая философия. Задача современной экологической науки – искать такие способы воздействия на окружающую среду, которые помогли бы предотвратить катастрофические последствия и практическое использование которых существенно улучшило бы биологические и социальные условия развития человека и всего живого на Земле.

Взаимодействие системы и окружающей среды становится настолько общим поня тием, что сегодня уже говорят об экологии культуры, языка, самого человека. Все эти направления экологии ориентированы на изучение равновесии между системами культуры, языка, человека и соответствующей средой (культурной и т.п.). Что касается человека, то он уже научился оказывать негативное влияние на окружающую его среду и дошел в этом воздействии до пределов, способных разрушить биосферу. В связи с этим особое значение приобретает формирование экологического сознания человека и человечества. Формирование такого сознания представляет собой формирование важных граней планетарного мышления (синергетического мышления) и включает в себя следующие направления: экологическое научное сознание (прежде всего, экологическую философию), экологическую этику, психологию, правосознание.

Планетарное мышление. Планетарное мышление – это мышление, в котором равновесные целостности философских систем, религий, научных концепций, произведений искусства взаимно дополняют друг друга, рассматриваются исходя из планетарных масштабов и образуют единое мировоззрение.

Планетарный масштаб важен потому, что земные оболочки находятся в устойчивом равновесии с космосом. Эти оболочки являются естественным ориентиром устойчивости для макроскопических природных процессов, к которым может быть отнесено мышление. Если системы, соответствующие мышлению, не будут коррелировать с системами земных оболочек, то они потеряют устойчивость под воздействием окружающей среды.

Наиболее важными чертами планетарного мышления могут считаться следующие: взаимодействие равновесных целостностей философии, религий, искусства, науки; участие все устоявшиеся направления из всех областей человеческой деятельности; необходимость планетарно-космического масштаба мысли; планетарное мышление не может рассматриваться в отрыве от ноосферы.

В становлении планетарного мышления можно выделить два основных этапа. На первом из них планетарное мышление не было осознано как некое целое, а развивались идеи и концепции, направленные на поиск истины. Человек воспринимал не всю окружающую среду, а только ее часть, устанавливая равновесную взаимосвязь лишь с этой частью. То есть упрощение пред ставлений о природе позволяло человеку связаться с фундаментальным равновесием, но часто эта связь была неустойчивой и случайной. Второй этап связан с сознательным конструированием планетарного мышления. Можно сказать, что этот подход развивался посредством исследования промежуточных равновесии в естествознании и философии. Данное направление возникло в XX в. и бурно развивается в настоящее время.

Сознательное формирование планетарного мышления можно обнаружить в мировоззрении русского космизма. Роль А.А.Чижевского в развитии планетарного мышления можно считать особенно значительной. Чижевский исследовал влияние Солнца на все уровни структурной организации живого: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, а также на биосферу. Чижевский подробно исследовал различные типы влияния Солнца на неорганический и органический земные миры, на ритмы и другие особенности этих взаимодействий. Чижевский стоит у истоков гелиотраксии и многих других направлений науки (биоклиматологии, гелиобиологии и т.п.)

Тейяр де Шарден связывал планетарные аспекты взаимосвязи человека (природной системы