Жанр: Электронное издание
Глава 11.
Концепция биосферы и экология
С точки зрения уровня организации, о которой шла
речь в предыдущей главе, биосфера представляет
собой наиболее обширное объединение живых
существ. Продолжая линию прежних рассуждений, биосферу
можно определить как систему биогеоцензов, или живых сообществ.
Ввиду сложности такого объединения представления
о биосфере менялись и уточнялись с развитием науки, но главным
в них оставалась идея обширной и целостной картины живой
природы, а также взаимодействия живых систем со средой
их обитания. Последние вопросы составляют содержание экологических
исследований.
11.1. Эволюция представлений о биосфере
В буквальном переводе термин "биосфера" обозначет
сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в
науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом
Эдуардом Зюссом (1831-1914). Однако задолго до этого
под другими названиями, в частности "пространство
жизни","картина природы","живая оболочка Земли" и т.
п., его содержание рассматривалось многими другими
естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумев
алась только совокупность живых организмов, обит
ающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их
/&2
связь с географическими, геологическими и космическими
процессами, но при этом скорее обращалось внимание на
зависимость живой природы от сил и веществ неорганической
природы. Даже автор самого термина "биосфера"
Э. Зюсс в своей книге"Лик Земли", опубликованной спустя
почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замеч
ал обратного воздействия биосферы и определял ее как
"совокупность организмов, ограниченную в пространстве и
во времени и обитающую на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал на огромную
роль живых организмов в образовании земной
коры, был ЖлБ. Ламарк (1744-1829). Он подчеркивал,
что
все вещества, находящиеся на поверхности земного
шара ч образующие его кору, сформировались благодаря
деятельности живых организмов.
Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и
неживой природой, об обратном воздействии живых организмов
и их систем на окружающие их физические, химические
и геологические факторы все настойчивее проникала
в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных
исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие
в общем подходе естествоиспытателей к изучению
природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное
исследование явлений и процессов природы с позиций
отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным.
Поэтому на рубеже XIX-XX вв. в науку все шире проникают
идеи холистического, или целостного, подхода к изучению
природы, которые в наше время сформировались в
системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода незамедлительно сказались
при исследовании общих проблем воздействия
биотических, или живых, факторов на абиотические,
или физические, условия. Так, оказалось, например, что
состав морской воды во многом определяется активностью
морских организмов. Растения, живущие на песчаной
почве, значительно изменяют ее структуру. Живые
организмы контролируют даже состав нашей атмосферы.
Число подобных примеров легко увеличить, и все
j83
они свидетельствуют о наличии обратной связи между
живой и неживой природой, в результате которой живое
вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли.
Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве
от неживой природы, от которой она, с одной стороны
зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому
перед естествоиспытателями возникает задача -
конкретно исследовать, каким образом и в какой мере
живое вещество влияет на физико-химические и геологические
процессы, происходящие на поверхности Земли
и в земной коре. Только подобный подход может
дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы.
Такую задачу как раз и поставил перед собой
выдающийся российский ученый Владимир Иванович
Вернадский (1863-1945).
11.2. Концепция Вернадского о биосфере
Центральным в этой концепции является понятие о
живом веществе, которое В. И. Вернадский определяет
как совокупность живых организмов.
Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включ
ает сюда и человечество, влияние которого на геохимические
процессы отличается от воздействия ост
альных живых существ, во-первых, своей интенсивностью,
увеличивающейся с ходам геологического времени;
во^торых, тем воздействием, какое деятельность
людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается прежде всего в создании
многочисленных новых видов культурных растений
и домашних животных. Такие виды не существовали
раньше и без помощи человека либо погибают, либо
превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский
рассматривает
геохимическую работу живого вещества в неразрывной
связи животного, растительного царства и культурного
человечества как работу единого целого.
По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придав
али значения двум важным факторам, которые характеризуют
живые тела и продукты их жизнедеятельности:
открытию Пастера о преобладании оптически активных
соединений, связанных с дисимметричностью
пространственной структуры молекул, как отличительной
особенности живых тел, о чем говорилось в предыдущей
главе;
явно недооценивался вклад живых организмов в
энергетику биосферы и их влияние на неживые тела.
Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество,
но и разнообразные неживые тела, которые В.И.
Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы,
минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образов
анные из разнородных живых и косных тел (почвы,
поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по
объему и весу составляет незначительную часть биосферы,
но оно играет основную роль в геологических процесс
ах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим
компонентом биосферы, постольку можно утверждать,
что оно может существовать и развиваться только в
рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому
В.И. Вернадский считает, что
живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим
образом материально и энергетически с ней
связаны, являются огромной геологической силой, ее
определяющей^.
Исходной основой существования биосферы и происходящих
в ней биогеохимических процессов является
астрономическое положение нашей планеты и в первую
очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к
эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это про'
Вернадский В.If. Начало и вечность жизни. - М.: Республика,
1989. - С.156.
185
странственное расположение Земли определяет в основном
климат на планете, а последний в свою очередь -
жизненные циклы всех существующих на ней организмов.
Солнце является основным источником энергии биосферы
и регулятором всех геологических, химических и биологических
процессов на нашей планете. Эту ее роль образно
выразил один из авторов закона сохранения и превращения
энергии Юлиус Майер (1814-1878), отметивший, что
жизнь есть создание солнечного луча.
Решающее отличие живого вещества от косного заключ
ается в следующем:
изменения и процессы в живом веществе происходят
значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому
для характеристики изменений в живом веществе
используется понятие исторического, а в косных
телах -геологического времени. Для сравнения отметим,
что секунда геологического времени соответствует
примерно ста тысячам лет исторического;
в ходе геологического времени возрастают мощь
живого вещества и его воздействие на косное вещество
биосферы. Это воздействие, указывает В.И.
Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном
биогенном токе атомов из живого вещества в
косное вещество биосферы и обратно";
только в живом веществе происходят качественные
изменения организмов в ходе геологического времени.
Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли
объяснение в теории происхождения видов путем естественного
отбора Ч. Дарвина (1859 г.);
живые организмы изменяются в зависимости от
изменения окружающей среды, адаптируются к ней
и, согласно теории Дарвина, именно постепенное
накопление таких изменений служит источником
эволюции. В. И. Вернадский высказывает предположение,
что живое вещество, возможно, имеет и
свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с
ходом геологического времени, вне зависимости от изменения
среды'.
' Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. - М.: Наука, 1989. - С.185.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный
рост центральной нервной системы животных
и ее значение в биосфере, а также на особую организованность
самой биосферы. По его мнению, в упрощенной
модели эту организованность можно выразить так, что ни
одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту
же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше"'.
В современных терминах это явление можно описать как
необратимость изменений, которые присущи любому процессу
эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся
появлением новых видов организмов, оказывает воздей-
ствие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные
биокосные тела, например, почвы, наземные и
подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы
и реки девона совсем другие, чем третичной и тем
более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно
распространяется и переходит на всю биосферу.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов
предполагают существование своего начала, постольку
закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у
жизни? Если есть, то где его искать - на Земле или в
Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумыв
ались многие религиозные деятели, представители
искусства, философы и ученые. В.И. Вернадский подробно
рассматривает наиболее интересные точки зрения,
которые выдвигались выдающимися мыслителями разных
эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного
ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как
ученый вначале придерживался эмпирического подхода к
решению указанных вопросов, когда утверждал, что
многочисленные попытки обнаружить в древних геологических
слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных
форм жизни не увенчались успехом. Во всяком
случае некоторые останки жизни были обнаружены даже
в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов
лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И. Вер*
Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. - М.: Наука, 1989. - С.181
надского, дают возможность высказать предположение, что
жизнь как материя и энергия существует во Вселенной
вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение
есть не больше, чем эмпирическое обобщение,
основанное на том, что следы живого вещества до сих пор
не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой,
оно должно быть согласовано с другими результатами
научного познания, в том числе и с более широкими
концепциями естествознания и философии. Во всяком
случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и
философов, которые защищали тезис о возникновении
живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвиг
ают достаточно обоснованные гипотезы и модели
происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного, или неорг
анического, происхождении жизни делались неоднокр
атно еще в античную эпоху, например, Аристотелем,
который допускал возможность возникновения мелких
организмов из неорганического вещества. С возникновением
экспериментального естествознания и появлением
таких наук, как геология, палеонтология и биология,
такая точка зрения подверглась критике как не
обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй
половине XVII в. широкое распространение получил
принцип, провозглашенный известным флорентийским
врачом и натуралистом Ф. Реди, что все живое возникает
из живого. Утверждению этого принципа содействов
али исследования знаменитого английского физиолога
Уильяма Гарвея (1578-1657), который считал, что всякое
животное происходит из яйца, хотя он и допускал
возможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физикохимических
методов в биологические исследования снов
а и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об
абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили
о химической эволюции как предпосылке возникновения
предбиотической, или предбиологической, стадии
возникновения жизни. С указанными результатами
не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его
взгляды по этим вопросам не оставались неизменными,
но, опираясь на почву точно установленных фактов, он
не допускал ни божественного вмешательства, ни земного
происхождения жизни. Он перенес возникновение
жизни за пределы Земли, а также допускал возможность
ее появлении в биосфере при определенных условиях.
Он писал:
Принцип Реди... не указывает на невозможность
абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия
в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений,
не принятых при научном определении этой
формы организованности земной оболочки'
Несмотря на некоторые противоречия, учение Верн
адского о биосфере представляет собой новый крупный
шаг в понимании не только живой природы, но и
ее неразрывной связи с исторической деятельностью
человечества.
11.3. Переход от биосферы к ноосфере
Превращение разума и труда человечества в геологическую
силу планетного масштаба происходило в рамк
ах биосферы, составной частью которой они являются.
В.И. Вернадский в своих исследованиях неизменно
подчеркивал, какое огромное воздействие человечество
оказывает на расширение жизни путем создания новых
культурных видов растений и животных. Опираясь на
его идеи о биогеохимической основе биосферы, французский
математик и философ Эдуар Леруа (1870-1954)
ввел в 1927 г. понятие ноосферы, или сферы разума, для
характеристики современной геологической стадии развития
биосферы. Его позицию разделял также крупнейший
французский геолог и палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден
(1881-1955), впоследствии в своем труде "Феномен человек
а" определивший ноосферу как одну из стадий эволюции
мира. Признавая, что эта стадия, как и сам человек,
является результатом тысячелетней истории развития орга'
Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. - М., 1940. - С.49.
нического мира, он считал движущей силой эволюции целеустремленное
сознание ("ортогенез").
В отличие от него В.И. Вернадский рассматривает
возникновение сознания как закономерный результат
эволюции биосферы, но, однажды возникнув, оно затем
начинает оказывать все возрастающее влияние на биосферу
благодаря трудовой деятельности человека.
Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей
планете. В ней впервые человек становится крупней-
шей геологической силой. Он может и должен перестр
аивать своим трудом и мыслью область своей
жизни, перестраивать коренным образом по сравнению
с тем, что было раньше^.
Первоначальные представления о направленности
эволюционного процесса в сторону возникновения
мыслящих существ и признания геологической роли
человечества высказывались многими учеными и до
В.И. Вернадского. Так, уже в XVIII в. известный французский
естествоиспытатель Ж. Бюффон высказал идею
о царстве человека, которая в XIX в. была развита основ
ателем современной геологии Жаном Луи Агассисом
(1807-1873). Хотя эти идеи и опирались на признание
все возрастающей роли человечества в изменении лика
Земли, но не были связаны с принципом направленности
эволюции живого вещества биосферы.
Этот принцип в качестве эмпирического обобщения
выдвинул американский ученый Джеймс Дана (18131895),
который еще до появления труда Ч. Дарвина
впервые четко заявил, что эволюция живого вещества
идет в определенном направлении. Основываясь на своих
исследованиях ракообразных и моллюсков, Д. Дана
пришел к выводу, что на протяжении по крайней мере
двух миллиардов лет происходили усовершенствование
и рост центральной нервной системы животных, начин
ая от ракообразных и кончая человеком. Этот процесс
он назвал цефализацией, при которой достигнутый уровень
организации нервной системы никогда не снижаетВерн
адский В.И. Начало и вечность жизни. - М. - С.184.
j90
ся. Хотя при этом возможны и остановки, и скачки, но
направление эволюции не идет вспять. Его последователь
Ле Конт, основываясь на принципе направленности эволюции,
назвал эру, связанную с появлением на Земле
человека, психозойской. Ближе к нашему времени известный
русский геолог Алексей Петрович Павлов (18541929),
оценивая чрезвычайно возросшую роль человечеств
а как мощного геологического фактора, в последние
годы жизни настойчиво говорил об антропогенной эре в
эволюции биосферы. Подобных высказываний можно
было бы привести много, но за немногими исключениями
они ограничиваются лишь констатацией разрозненных
фактов, не рассматривают их в системе и не дают им
теоретического объяснения.
Концепция Вернадского впервые привела все известные
эмпирические факты, данные и результаты в
единую целостную систему знания, которая убедительно
объясняет, какие факторы способствовали переходу от
биосферы к ноосфере. Она основывается на признании
решающей роли человеческой деятельности, труда и
мысли в эволюции биосферы, а через последнюю и в
изменении происходящих на Земле геологических процессов
и лика Земли в целом. Важно подчеркнуть, что
В.И. Вернадский не ограничивается исследованием
влияния трудовой, производственной деятельности на
процессы, происходящие в биосфере и на земной поверхности.
Хорошо сознавая, что труд представляет собой
целесообразную деятельность, основанную на мысли
и воле, он указывает, что ноосфера, или сфера разум
а, будет все больше и больше определять не только
прогресс общества, но и эволюцию биосферы в целом, а
через нее и процессы, совершающиеся на Земле. Недаром
он рассматривает мысль как планетное явление.
Эволюционный процесс получает особое геологическое
значение благодаря тому, что он создал новую геологическую
силу - научную мысль социального человечеств
а... Под влиянием научной мысли и человеческого труда
биосфера переходит в новое состояние - в ноосферу'.
' Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление// Начало
и вечность жизни. - С. 131.
^
Каким же образом человеческая деятельность влияет
на процессы в биосфере, как она способствует ее эволюции?
Почему именно эта деятельность придает эволюции
биосферы направленный характер?
Прежде всего отметим, что биологическая эволюция
присуща лишь живому веществу биосферы, т. е. различным
видам растений и животных и, разумеется, человеку
в той мере, в какой он развивался до возникновения
цивилизации и превращения в Homo sapiens (человека
разумного). В дальнейшем биологическая эволюция человек
а переходит в эволюцию социальную.
Эволюция живого вещества биосферы приводит к
возникновению новых видов растений и животных, которые,
как и остальные виды, неразрывно и непрерывно
связаны с окружающей их средой прежде всего питанием
и дыханием как наиболее характерными процессами
обмена веществ. Такой обмен приводит к миграции,
движению атомов от живого вещества к неживому, в
особенности к биогенному, в котором живые элементы
объединены с неживыми. Нельзя также забывать, что во
время эволюции молекулы и атомы живого вещества не
остаются неизменными. А все это во многом меняет хар
актер взаимодействия живого вещества биосферы не
только с ее неживой частью, но и с остальными сферами
оболочки Земли.
В период перехода от биосферы к ноосфере на сцену
выступает такой мощный геохимический фактор, как
постоянно увеличивающееся количество зеленого живого
вещества в биосфере, получаемого посредством
расширения посевных площадей и интенсификации
земледелия. В результате искусственного отбора новых
сортов растений и пород животных значительно ускоряются
процессы эволюции, быстрее возникают новые
виды. А это в свою очередь в еще большей мере способствует
ускорению процессов обмена между живым и
косным веществом в биосфере.
По-видимому, постепенный переход к ноосфере нач
ался еще сотни тысяч лет назад, когда человек овладел
огнем и стал изготовлять первые, весьма несовершенные
еще орудия производства и охоты. Благодаря этому
он получил огромное преимущество перед животными,
но с геологической точки зрения гораздо более важным
был длительный процесс приручения диких стадных
животных и создания новых сортов культурных растений.
Как известно, именно этот процесс положил начало
скотоводству и земледелию, которые исторически
привели к первому наиболее значительному разделению
общественного труда и систематическому обмену его
продуктами между разными племенами. В.И. Вернадский
указывает.-
Человек этим путем стал менять окружающий его мир
и создавать для себя новую, не бывшую никогда на планете
живую природу. Огромное значение этого проявилось
еще и в другом - в том, что он избавился от голод
а новым путем, лишь в слабой степени известным животным
- сознательным, творческим обеспечением от
голода и, следовательно, нашел возможность неограниченного
проявления своего размножения^.
Что же касается борьбы с животными, то человек
одержал в ней победу по существу с изобретением огнестрельного
оружия и поэтому теперь он должен предприним
ать особые меры, чтобы не допустить истребления
всех диких животных. Еще большие усилия необходимы
для сохранения самой биосферы в связи с многокр
атно возросшими техногенными нагрузками на нее. В
связи с этим возникает общая для всего человечества
глобальная проблема сохранения окружающей среды и
прежде всего живой природы.
11.4. Современная концепция экологии
О проблемах экологии по-настоящему заговорили в
70-е годы нашего века, когда не только специалисты, но
и рядовые граждане почувствовали, какую возрастающую
угрозу несет нынешнему и будущим поколениям
' Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. С. 193.
13 Рузавин Г. И. j93
техногенная цивилизация. Загрязнение атмосферы, отр
авление рек и озер, кислотные дожди, все увеличив
ающиеся отходы производства, в особенности использов
анных радиоактивных веществ и многое другое - все
это не могло не повлиять на рост интереса широких
слоев населения к проблемам экологии. В связи с этим
изменился и сам взгляд на предмет экологии. Сам термин
"экология" был введен Э. Геккелем свыше ста лет
назад и как самостоятельная научная дисциплина она
сформировалась еще в 1900 г., тем не менее долгое время
она оставалась чисто биологической дисциплиной. В
настоящее время экология вышла уже из этих узких рамок
и стала по сути дела междисциплинарным направлением
исследований процессов, связанных с взаимодействием
биосферы и общества. Как указывает известный
специалист по этим вопросам Ю. Одум, сейчас
экология оформилась
в принципиально новую интегрированную дисциплину,
связывающую физические и биологические явления и обр
азующую мост между естественными и общественными
науками^.
О связи экологии с общественными и гуманитарными
науками свидетельствует появление таких ее разделов,
как социальная, медицинская, историческая, этическ
ая экологии.
Более полное представление об экологии и ее задач
ах мы получим, если будем рассматривать структуру и
динамику различных экологических систем, а также
разные уровни их организации и иерархии.
G)MkM)MVMCfmecuomRMM
uuxomfMfMmyfta
К экологическим системам обычно относят все живые
системы вместе с окружающей их средой, начиная
от отдельной популяции и кончая биосферой. Все они
1 Одум Ю. Экология. - М.: Мир, 1986. - С.13.
являются открытыми системами, которые обмениваются
с окружающей природной средой веществом, энергией
или информацией. Наименьшей единицей экологии
является совокупность организмов определенного вида,
которые взаимодействуют между собой внутри вида, а
вид как целостная система - с окружающей средой.
Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни
организменный уровни, о которых шла речь выше, не
рассматриваются в экологии, хотя и живая молекула, и
клетка, и тем более организм представляют собой открытые
системы, которые могут существовать благодаря
взаимодействию со средой. Даже отдельные популяции
в чистом виде выделить трудно, поскольку в естественной
природе они объединяются в более обширные сообществ
а живых систем и взаимодействуют также с неживыми
факторами среды.
На популяционном уровне, как мы видели, различ
ают такие сообщества, или экологические системы, как
биоценозы и биогеоценозы, в которых сообщества живых
организмов исследуются в тесной связи с неорганическими
условиями их существования, например, почвой,
микроклиматом, гидрологией местности и т. п.
Еще более крупным системным объединением в экологии
считается биом, который включает в свой состав
живые системы и неживые факторы на обширной территории,
например, лиственные породы деревьев на
среднерусской возвышенности. Наконец, биосфера охв
атывает, согласно В.И. Вернадскому, все живое, биокосное
и косное вещество на поверхности нашей планеты.
И хотя она в известных пределах функционирует
автономно, но в конечном итоге может существовать и
развиваться только за счет энергии Солнца и потому
является также открытой системой, которую в отличие
от других систем называют экосферой.
В экологии наибольшее значение для изучения
структуры ее систем приобретает анализ тех трофических,
или пищевых, связей, которые соединяют различные
популяции друг с другом. О них кратко говорилось
выше, но теперь мы обратимся к более подробной классифик
ации, чтобы выяснить механизм функционирования
трофических связей. Как и раньше, будем различать
13* ^95
автотрофные и гетеротрофные организмы соответственно
тому, питаются ли они самостоятельно за счет преобр
азования неорганической энергии, или же поедают
другие живые организмы. Поэтому в экосистеме можно
выделить два уровня:
на верхнем, автотрофном уровне, который назыв
ают также зеленым поясом, мы встречаемся с растени
...Закладка в соц.сетях
