Законы экологии

Введение

Экология (грец. οίκος – дом; λογος – наука) – научная дисциплина, раздел биологии, который изучает взаимоотношения живых организмов с окружающей средой, а также структурно-функциональную организацию надоорганизменных систем (популяции, экосистемы, биосферы), находит механизмы поддержки их в пространстве и во времени. Первым термин “экология” в своей книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen») в 1866 году использовал немецкий биолог Эрнст Геккель.

Как и всякая отрасль науки экология имеет свои законы, которые характеризуют взаимоотношение, различных элементов экосистемы и, в конечном итоге, все процессы в биосфере. К сожалению, по сей день не стало доминирующим и безусловным положение о том, что всё в Природе подчиняется единым законам. Поэтому ряд даже крупных учёных и специалистов противопоставляют законы экологии и законы других отраслей науки (физики, экономической науки и т.д.). Но ведь из такого постулата следует вывод: или данный закон действует вне законов Природы, а значит, и вне Природы, или Природа существует без этих выводов, громко названных законом. И вновь приходится возвращаться к важнейшему базису науки: самый гениальный учёный ничего не придумывает сам, но силой своего гения открывает для всех и обобщает то, что есть в Природе. С другой стороны, недопустимо смешивать всё в одну кучу. Необходимо понять и признать, что Природа и Жизнь чрезвычайно разнообразны и включают в себя отдельные направления знаний, каждое из которых есть часть единого и описывает законы тех или иных явлений и процессов, но не оторванных и изолированных от целого - Природы, а принадлежит ей.

Как и любая наука, экология выявляет закономерности протекания изучаемых  процессов и формулирует их в  виде кратких логических и проверенных  практикой положений - законов.

 

 

 

 

 

Основные  законы экологии:

• Закон незаменимости биосферы:

Биосфера - это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества. Поэтому сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановлена за счет создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству. Биосфера представляет собой единственную систему, обеспечивающую устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Необходимо сохранить естественную природу на большей части поверхности Земли, а не в заповедниках и зоопарках.

• Закон биогенной миграции атомов (В. И. Вернадского):

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества - биогенная миграция. Живое вещество или принимает участие в биохимических процессах непосредственно, или создает соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среду. Этот закон имеет важное практическое и теоретическое значение. Понимание всех химических процессов, которые происходят в геосферах, невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности — эволюционных. В наше время люди влияют на состояние биосферы, изменяя ее физический и химический состав, условия сбалансированной веками биогенной миграции атомов. В будущем это послужит причиной очень отрицательных изменений, которые приобретают способность саморозвиваться и становятся глобальными, неуправляемыми (опустынивание, деградация грунта, вымирание тысяч видов организмов). С помощью этого закона можно сознательно и активно предотвращать развитие таких отрицательных явлений, руководить биогеохимическими процессами, используя «мягкие» экологические методы.

• Закон физико-химического единства живого вещества

(В.И.  Вернадского):

Общий биосферный закон - живое вещество физико-химически едино;

вредное для одной части  живого вещества вредит и другой его  части, только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости видов  к действию того ли другого агента. Кроме того, через наличие в  любой популяции более или  менее стойких к физико-химическому  влиянию видов скорость отбора за выносливостью популяций к вредному агенту прямо пропорциональная скорости размножения организмов и дежурство  поколений. Через это продолжительное  употребление пестицидов экологически недопустимое, так как вредители, которые размножаются значительно  более быстро, более быстро приспосабливаются  и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все более  увеличивать.

• Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.
• Закон единства «организм – среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.
• Закон однонаправленности потока энергии:

Энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговороте энергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

• Закон необратимости эволюции Л. Долло:

Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

 

 

• Закон (правило) 10 процентов Р. Линдемана:

Среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% энергии (или вещества в энергетическом выражений), как правило, не ведет к неблагоприятным последствиям для экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.

• Закон толерантности (В. Шелфорда):

Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Соответственно закону любой  излишек вещества или энергии  в экосистеме становится его врагом, загрязнителем.

• Закон оптимума:

Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

• Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха):                  

Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от него зависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимуме управляется рост.

Стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических  потребностей. Если количество и качество экологических факторов близкие к необходимому организму минимума, он выживает, если меньшие за этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.

Поэтому во время прогнозирования  экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

• Закон (принцип) исключения Гаузе:

Два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

 

 

 

• «Законы» экологии Б. Коммонера:

1.“Все  связано со всем” – означает, что живая динамика сложных разветвленных экологических цепочек, в конце-концов, образует единую взаимосвязанную систему.

2.“Ничто не  исчезает в никуда” – неформальная перефраза физического закона сохранения материи. Тут Коммонер ставит одну из сложнейших проблем ассимиляции биосферой отходов человеческой цивилизации.

3. “Природа знает  лучше” – закон имеет двойной смысл: призыв к сближению человека с природой и призыв к крайне осторожному использованию природных экосистем.

4. “Ничто не  дается даром” – этот закон объединяет предыдущие три закона. По словам Коммонера “глобальная экосистема – это одно целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или утеряно, система, которая не может быть объектом всеобщего улучшения. Все, что было взято из нее человеческой деятельностью, должно быть возмещено. Расплаты невозможно избежать, можно только отложить ее на потом.”

• Из закона всеобщей связи («все связано со всем») вытекает несколько следствий:

Закон больших  чисел – совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.

Принцип Ле Шателье (Брауна) – 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 экосистем к саморегуляции.

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

Любые системные изменения  в природе оказывают прямое или  опосредованное воздействие на человека – от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.

• Из закона сохранения массы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение.

Закон развития системы  за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

Утверждение «ничто не дается даром» означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью» к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм.

 

 

Из  этого закона следуют:

Закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении – от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться только к отдельным частям или отдельным периодам развития системы;

Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.

Еще одно следствие закона «ничто не дается даром» – не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.

Принцип «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе – от простых молекул до человека – прошло жесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора – вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.

Человеческая индустриальная цивилизация грубо нарушает замкнутость  биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критической  ситуации должен быть найден компромисс, что под силу только человеку, обладающему  разумом и стремлением к этому.