1. Генезис экологии как науки

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», возникла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384-- 322 до н. э.), Плиния Старшего (23--79 н. э.), Р. Бойля (1627-- 1691) и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям, чтобы убедиться в этом.

В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.

Первый этап

- зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.

В XVII--XVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях (А. Реомюр, 1734; А. Трамбле, 1744, и др.). Элементы экологического подхода содержались в исследованиях русских ученых И.И. Лепехина, А.Ф. Миддендорфа, С.П. Крашенинникова, французского учёного Ж. Бюффона, шведского естествоиспытателя К. Линнея, немецкого ученого Г. Йегера и др.

В этот же период Ж.-Б. Ламарк (1744--1829) и Т. Мальтус (1766--1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап

-- оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К.Ф. Рулье (1814-- 1858), Н.А. Северцова (1827--1885), В.В. Докучаева (1846-- 1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени. Неслучайно поэтому американский эколог Ю. Одум (1975) считает В.В. Докучаева одним из основоположников экологии. В конце 70-х гг. XIX в. немецкий гидробиолог К. Мёбиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды.

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин (1809--1882), вскрывший основные факторы эволюции органического мира. То, что Ч. Дарвин называл «борьбой за существование», с эволюционных позиций можно трактовать как взаимоотношения живых существ с внешней абиотической средой и между собой, т. е. с биотической средой.

Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель (1834--1919) первый понял, что это самостоятельная и очень важная область биологии, и назвал ее экологией (1866). В своем капитальном труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего -- его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология -- это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал «условиями, порождающими борьбу за существование».

Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале XX столетия. В этот период американский ученый Ч. Адаме (1913) создает первую сводку по экологии, публикуются другие важные обобщения и сводки (В. Шелфорд, 1913, 1929; Ч. Элтон, 1927; Р. Гессе, 1924; К. Раункер, 1929 и др.). Крупнейший русский ученый XX в. В. И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере.

В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А. Тенсли (1935) выдвинул понятие об экосистеме, а несколько позже В.Н. Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе. Следует отметить, что уровень отечественной экологии в 20--40-х гг. был одним из самых высоких в мире, особенно в области фундаментальных разработок. В этот период в нашей стране работали такие выдающиеся ученые, как академики В.И. Вернадский и В.Н. Сукачев, а также крупные экологи В.В. Станчинский, Э.С. Бауэр, Г.Г. Гаузе, В.Н. Беклемишев, А.Н. Формозов, Д.Н. Кашка-ров и др.

Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение.

Начинается третий этап (50-е гг. XX в. -- до настоящего времени) -- превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Из строгой биологической науки экология превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики...» (Реймерс, 1994).

Современный период развития экологии в мире связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Цж. М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А. Швейдер, Дж. Харпер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер, Б. Не-5ел и др. Среди отечественных ученых следует навать И.П. Герасимова, А.М. Гилярова, В.Г. Горшкова, Ю.А. Израэля, Ю.Н. Куражсковского, К.С. Лосева, Н.Н. Моисеева, Я.П. Наумова, Н.Ф. Реймерса, В.В. Розанова, Ю.М. Свирикева, В.Е. Соколова, В.Д. Федорова, С.С. Шварца, А.В. Яблокова, А.Л. Яншина и др.

Первые природоохранные акты на Руси известны с IX-- <И вв. (например, свод законов Ярослава Мудрого «Русская Правда», в которых были установлены правила охраны охотничьих и бортничьих угодий). 8 XIV--XVII вв. на южных границах Русского государства существовали «засечные леса», своеобразные охраняемые территории, на которых были запрещены хозяйственные рубки. История сохранила более 60 природоохранных указов Петра I. При нем же началось изучение богатейших природных ресурсов России. В 1805 г. в Москве было основано общество испытателей природы. В конце XIX -- начале XX в. возникло движение за охрану редких объектов природы. Трудами выдающихся ученых В.В. Докучаева, К.М. Бэра, Г.А. Кожевникова, И.П. Бородина, Д.Н. Анучина, С.В. Завадского и других были заложены научные основы охраны природы.

Начало природоохранной деятельности Советского государства совпало с рядом первых декретов, начиная с «Декрета о земле» от 26 октября 1917 г., который заложил основы природопользования в стране.

Именно в этот период зарождается и получает законодательное выражение основной вид природоохранной деятельности -- охрана природы.

В период 30--40-х гг., в связи с эксплуатацией природных богатств, вызванной главным образом ростом масштабов индустриализации в СССР, охрана природы стала рассматриваться как «единая система мероприятий, направленная на защиту, развитие, качественное обогащение и рациональное использование природных фондов страны» (из резолюции Первого Всероссийского съезда по охране природы, 1929 г.).

Таким образом, в России появился новый вид природоохранной деятельности -- рациональное использование природных ресурсов.

В 50-е г. дальнейшее развитие производительных сил в стране, усиление негативного влияния человека на природу обусловили необходимость создания еще одной формы, регулирующей взаимодействие общества и природы, -- охраны среды обитания человека. В этот период принимаются республиканские законы об охране природы, которые провозглашают комплексный подход к природе не только как к источнику природных ресурсов, но и как к среде обитания человека. К сожалению, еще торжествовала лысенковская псевдонаука, канонизировались слова И.В. Мичурина о необходимости не ждать милости от природы.

В 60--80-е гг. в СССР практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны природы (об охране бассейна Волги и Урала, Азовского и Черного морей, Ладожского озера, Байкала, промышленных городов Кузбасса и Донбасса, Арктического побережья). Продолжался процесс создания природоохранного законодательства, издавались земельные, водные, лесные и иные кодексы.

Эти постановления и принятые законы, как показала практика их применения, не дали необходимых результатов -- губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось. В 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая за всю историю развития человечества экологическая катастрофа. Сегодня Россия продолжает находиться в сложной экологической ситуации.

Для более детального ознакомления с историей развития экологического учения рекомендуем материал, изложенный в монографии В.Т. Богучарскова (2005).

Как было отмечено выше, экология как наука обязана своим происхождением немецкому зоологу-эволюционисту Э. Геккелю. Во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов» (1866 г.) он дал следующее определение экологии: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы… К неорганическим относятся физические и химические свойства местообитаний организмов - климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т.д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения организмов ко всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит. Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов таких, которые способствуют его существованию, и тех, что ему вредят. Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае относятся к данной категории органических условий существования».

2. Актуальность экологии. Основные понятия экологии.

Экология – это наука об условиях существования живых организмов, их взаимодействие между собой и окружающей средой обитания, в т.ч. многообразие взаимосвязей их с другими механизмами, организмами и сообществами.

Экология производства – предполагает приспособление различных технологий к сложившимся природным (биосферным) условиям. Экологическое производство, исходя из ограниченных возможностей сложившихся биосферных явлений, предполагает планомерное производство и воспроизводство компонентов и условий природной среды.

Биотоп (биос – жизнь, топос - место) – природное жизненное пространство занимаемое сообществом.

Биотоп вместе с сообществом образуют экосистему, которая длительное время поддерживает устойчивые взаимодействия между элементами живой и не живой природы.

Экосистема – это безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов, в которой совершается внешний и внутренний круговорот вещества и энергии. (пример: лесные экосистемы, почву, гидросферу).

Самой крупной экосистемой, предельной по размерам и масштабам, является биосфера.

Биосферой – называют активную. Оболочку Земли, включающая все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое. Биосфера нашей планеты существует 3 млрд. лет, она растет и усложняется наперекор тенденциям холодной энтропийной смерти; она несет разумную жизнь и цивилизацию. Биосфера существовала задолго до появления человека и может обойтись без него. Напротив, существование человека невозможно без биосферы.

Основные характеристики экосистемы:

- размер,

- устойчивость,

- процессы самовосстановления,

- самоочищение.

Размер экосистемы – пространство, в котором возможно осуществление процессов саморегуляции и самовосстановления всех составляющих экосистему компонентов и элементов.

Самовосстановление природной экосистемы – самостоятельный возврат природной экосистемы к состоянию динамического равновесия, из которого она была выведена воздействием природных и антропогенных факторов.

Самоочищение – естественное разрушение загрязнителя в среде в результате процессов, происходящих в экосистеме.

В биосфере условно выделяют элементарные целостные единицы, биоценозы (биос – жизнь, ценоз - общее), т. е другими словами это сообщество, и биогеоценоз – это совокупность популяции разных видов обитаемых в определенной местности.

Взаимные связи внутри биогеоценоза поддерживаются в процессе круговорота биогенных веществ в целях питания. При этом в результате жизнедеятельности организмов в круговорот вовлекаются наиболее распространенные на Земле химические элементы.

Весь круговорот органических веществ и неорганических элементов составляют основу биосферы и основное условие поддержание жизни в ней.

В непрерывном круговороте живое вещество обеспечивает образование нового живого вещества, которое не только замещает отмирание его массы но и приобретает новое качество в процессе эволюции.

Спецификация взаимодействия взаимоотношений со средой заключается в том что каждый организм живет в условиях определенной среды из которой он получает необходимое для жизни т.е. имеет свою экологическую нишу.

Экологическая ниша – ее определение опирается на то каким образом организмы реагируют на внешние условия, т.е. ее можно определять как совокупность всех факторов, в пределах которых может существовать вид в природе.

Размер способности природного или природно-антропогенное окружение обеспечивает нормальную жизнедеятельность определенное числу организмов и их сообществ, без заметного нарушения самого окружения называется – емкостью среды.

Популяция – это совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других аналогичных совокупностей того же вида.

3. Предмет, цели, основные задачи экологии, экология территорий

Как самостоятельная наука экология сформировалась приблизительно к 1900 г. Термин "экология" был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Следовательно, это сравнительно молодая наука. Но именно она переживает в настоящее время период быстрого роста.

Экология (греч. oicos - дом и logos - наука) в буквальном смысле - наука о местообитании.

Существует много определений экологии, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от акцента на той или иной ее задаче меняется и формулировка определения. Для "долгосрочного употребления" лучшим может быть, например, следующее: "Экология - это биология окружающей среды". Для последних десятилетий XX в. наиболее подходит одно из определений экологии, приведенное в полном словаре Уэбстера: "Предмет экологии - это совокупность или структура связей между организмами и средой". Эрнст Геккель дал этой науке исчерпывающее определение: "Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом экология - это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал условиями, порождающими борьбу за существовавание".

Экология, как и всякая другая наука, имеет два аспекта :

первый - это стремление к познанию ради самого познания,

второй - применение собранных знаний для решения практических проблем, связанных с окружающей средой.

Все возрастающее значение экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

Практический выход экологии можно видеть, прежде всего, в решении вопросов природопользования; именно она должна создать научную основу эксплуатации природных ресурсов. Законы, лежащие в основе естественных природных процессов, будут в центре нашего внимания. Однако прежде необходимо остановиться на взаимоотношении экологии и охраны природы. Западные ученые обычно различают науку экологию и науки об окружающей среде. Экология изучает три группы факторов среды, воздействующих на организмы:

· абиотические

· биотические

· антропогенные.

Охрана природы рассматривает только третий фактор - воздействие человека на среду, и то не во всем совпадает с общеэкологическим подходом. Охрана природы и шире и уже раздела экологии, который исследует влияние антропогенного фактора на природу. Уже - потому, что анализируется не любое воздействие, а лишь то, последствие которого может иметь значение для жизни человеческого общества. Шире - потому, что рассматривается влияние антропогенного фактора не только на органический мир, но и на неживую природу.

Предметом изучения экологии в широкой постановке вопроса является система “организмы плюс среда их обитания”, причем среда, преобразованная самими организмами и, в частности, человеком.

Цель: Изучение законов функционирования экологических систем всех уровней и биосферы в целом в условиях природопреобразующей деятельности человечества и выработка тактики и стратегии поведения человечества в целях оптимизации функционирования этих систем.

Задачи экологии прямо вытекают из цели и существующих на планете проблем:

1) всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов;

2) определение порогов выносливости экологических систем по отношению к антропогенной нагрузке;

3) выработка критериев оптимальности функционирования экологических систем;

4) изучение обратимости и путей восстановления антропогенных нарушений экологических систем;

5) разработка прогнозов изменений в биосфере и состояний окружающей человека среды при разных сценариях политического, экономического и социального развития человечества;

6) отказ от дискредитировавшей себя природопокорительной идеологии и формирование идеологии и методологии экоцентризма, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования.

Сегодня различают следующие основные отрасли экологии:

1. Общая экология -- изучает общие законы формирования, функционирования и эволюции экологических систем на основе анализа таких целостных ее характеристик, как продуктивность, круговорот вещества и энергии, устойчивость, биоразнообразие (генофонд) и др.

Ее ядром является теоретическая экология.

2. Специальная экология (биоэкология) -- первоначально сформировавшееся научное направление, включающее специальные, чисто биологические разделы экологии; к настоящему времени разделившееся на подотрасли:

а) аутэкология (от гр. out -- отдельно) -- экология отдельных особей и видов;

б) популяционная экология;

в) синэкология ( от гр. syn -- вместе) -- экология многовидовых сообществ, биоценозов (от гр. bios -- жизнь, kinos -- сообща, вместе);

г) экология систематических групп (бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т. д.);

д) эволюционная экология -- учение о роли экологических факторов в эволюции.

3. Геоэкология -- изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности.

В нее входят:

а) экология сред -- воздушной, суши, почвенной, морской, пресноводной;

б) экология природно-климатических зон -- тундры, тайги, степи, пустыни, гор, болот, морских берегов, и т.п.;

в) экология географических областей, регионов, стран, континентов.

4. Прикладная экология -- большой комплекс дисциплин,связанных с различными областями взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Прикладная экология имеет следующие основные разделы:

а) инженерная экология -- изучение и разработка инженерных норм и средств, отвечающих экологическим требованиям;

б) сельскохозяйственная экология (агроэкология и экология сельскохозяйственных животных);

в) биоресурсная и промысловая экология;

г) урбоэкология (экология городов, населенных пунктов, коммунальная экология);

д) медицинская экология;

е) экотоксикология;

ж) приложения экологии к практике охраны природы и окружающей среды.

5. Экология человека -- комплекс дисциплин, изучающих взаимодействие человека к биологической особи и, как социального субъекта с окружающей его природной и социальной средой.

Сюда входят:

а) биоэкология человека;

б) социальная экология (экология личности, семьи, социальных групп, экология рас и наций, демографическая экология).

6. Глобальная экология (биосферология) -- изучает взаимоотношения всего человечества в процессе его развития с биосферой.

4. Синергетические аспекты экологии

Между человеком и окружающей его средой устанавливаются различные связи и отношения, которые дают возможность жить человеку как природному и общественному существу. Однако, в этих связях и отношениях могут происходить изменения, угрожающие жизни человека. Поэтому, на протяжении своей истории люди пытались установить согласие с окружающей средой, чтобы обезопасить условия своего существования. Установление этого согласия определено степенью исторического развития общества и социальными отношениями в нем.

С быстрым развитием производственных сил с середины прошлого века не только выросло влияние человека на природу, но и усилились последствия потребительского отношения человека к природе как к чему-то стороннему, “вне чего он находится”. Негативизм этих последствий особенно возрос в 60-е годы нашего века. Но вместе с тем увеличилось и понимание людей. Постепенно созрело сознание, что люди не являются безграничными царями природы и что нарушение экологического равновесия в природе, происшедшее под влиянием человеческой деятельности по освоению природы, может привести к угрозе самой жизни на Земле. Экологические проблемы становятся предметом исследования не только естественных, но и общественных наук.

С ростом общественного, особенно научного, интереса к экологическим проблемам все чаще стал возникать вопрос качества жизненной среды человека. Стало ясно, что решение экологических проблем состоит не только в защите экологического равновесия в среде человека, но и в сохранении (и улучшении среды) и тем самым сохранении биологического вида человека, в заботе о его общественном, мыслительном и творческом развитии. Было не просто принять некоторые общие показатели качества среды человека. Существующие различия происходят из разных научных подходов к изучению и решению экологических проблем, а также из разного социально-политического подхода.

Между природными и общественными компонентами среды есть специфическая взаимосвязь. Она выражается во влиянии общественного компонента (общественных процессов и формирований) на природный компонент, во влиянии природного компонента на общественный, на культуру, понимаемую в широком смысле как совокупность материальных и духовных ценностей. Эта их взаимосвязь выражается и при нарушении (деградации) одного из компонентов. Деградация одного компонента раньше или позже ведет к деградации другого. Наконец, нарушение экологического равновесия в природе (загрязнение атмосферы, почвы, воды, морей, накопление твердых отходов и отравляющих веществ в пище, шум, радиоактивные элементы) является результатом освоения природы, производства в социально-экономических условиях, при которых цель производства – присвоение как можно большего богатства.

Защита природной среды и улучшение качества жизни играют разную роль в различных странах, поскольку наряду с индустриально развитыми странами, где нарушение экологической среды является важной проблемой, есть страны, где люди еще только борются за обеспечение основных условий своего существования. В этих странах проблема защиты природной среды, сохранение экологического равновесия присутствуют в меньшей степени. В них проблемой можно назвать обеспечение минимальных условий для удовлетворения потребностей людей таким способом, чтобы сохранить человеческое достоинство. Защита природной среды в этих странах выходит на первый план только с ввозом “грязной технологии” из индустриально развитых стран.

5. Аксиоматика экологии: структурные, функциональные законы, правила и принципы

структурно-функциональная организация является важнейшим свойством живых систем, а ее изучение стало возможным не только вследствие применения эколого-эволюционного (со­держательного) и системно-структурного (формального) подходов при анализе биологических систем (Маркович, Депенчук, 1970; Риклефс, 1979; Шеляг-Сосонко, Дидух, 1979; Уиттекер, 1980), но также и в результате последующей интеграции этих подходов при изучении структуры сообществ, ее изменений в пространстве и во времени (Мазинг, 1973; Одум, 1975,1986а; Численко, 1981; Ахлибинский, 1986; O'Neilletal., 1986; Шеляг-Сосонко и др., 1991).

В связи с тем, что структурно-функциональная организация является основополагающей характеристикой биосистем организменного и надор-ганизменных уровней интеграции (Корнакер, 1970; Коган, 1977а; Энгель-гард, 1984; Алеев, 1986; Емельянов и др., 1986; Песков, Емельянов, 1987, 1988; Плотников, 1989; Межжерин и др., 1991), то, как уже обсуждалось, правомочно при анализе этой важнейшей характеристики использовать функцию энтропии для оценки количества информации (разнообразия), содержащейся в структуре биосистем надорганизменных уровней (Кам-шилов, 1966; Виленкин, 1967; Kohn, 1967; Шмальгаузен, 1960а, 1968; Margalef, 1969; Корнакер, 1970; Уоддингтон, 1970; Одум, 1975,1986а; Гиля-ров, Маркина, 1976; Наумов, 1977; Николис, Пригожий, 1979; Алимов, 1980; Песенко, 1982; Zaret, 1982; Второе, Второва, 1983; Черных, 1986; Айламазян, Стась, 1989). При этом, очевидно, нужно учитывать, что пред­ложенный показатель (индекс Шеннона) отражает степень функционального единства компонентов биосистем, обеспечивающего их нормальное существование в конкретных условиях среды. Здесь следует отметить, что разнообразие повышается по мере увеличения числа элементов и их выровненности и наоборот — снижается при сокращении числа элементов и возрастании их невыровненности, причем увеличение разнообразия приводит к повышению сложности системы и ее организованности (Тюхтин, 1980).

Сегодня общее признание получило положение, что биосистемы разной степени интеграции от организма до биосферы включительно представляют собой диссипативные структуры (открытые, саморегулируемые и самовоспроизводящиеся системы, поддерживающие себя в состоянии, далеком от термодинамического равновесия). В этом плане "одной из главных задач современной теоретической биологии является приложение теории дисснпативных структур к анализу динамики биосистем, будь то процессы исторического (филогенез) или индивидуального (онтогенез) развития организмов" (Родин, 1991; с. 17).

Ранее уже указывалось, что оценка информационно-энергетического состояния организмов (как целостных систем) обусловливает необходимость учета их структурно-функциональной организации и может проводиться по характеру скоррелированности многочисленных структур (отдельных компонентов) — органов и систем органов. Что же касается биосистем надорганизменных уровней интеграции (популяций, биотических сообществ (биоценозов) и т.п.), то поддержание их энергетического баланса обеспечивается либо путем дифференцированного использования поступающей энергии (в виде ресурсов экосистемы) различными внутрипопуляционными группировками, либо энергетической дифференциацией видовых популяций, определяющей их роль в той или иной экосистеме (доминанты, субдоминанты и сателлиты). Последнее, как уже отмечалось, позволяет производить оценку информационно-энергетических состояний надорганизменных систем по изменению их структурных характеристик: для популяций — внутрипопуляционной структуры, для биотических сообществ (биоценозов) — структуры функциональных группировок, видового разнообразия, сложности сообществ.

Особую актуальность в настоящее время приобретает исследование динамики биосистем (характера их изменений во времени) в современных условиях, когда практически все экосистемы испытывают в большей или меньшей степени дополнительную нагрузку, связанную с глобальным антропогенным воздействием на биосферу.

Каким же образом происходит воздействие человека на экосистемы и что можно ожидать в результате такого воздействия? Ответ на этот вопрос крайне важен, так как только при выяснении тенденции изменений в структуре экосистем можно выйти на уровень построения прогностических моделей их функционирования и сохранения устойчивости. Однако, по-видимому, выявление только одних тенденций изменений в структурно-функциональной организации экосистем будет явно недостаточным для последующего моделирования возможных процессов в них. Поэтому необходима разработка теоретических основ функционирования экосистем, так как "глобальный характер современных экологических трудностей требует некоего глобального системного подхода к их преодолению, когда комплекс частных решений основьгеается на едином принципе. Последний должен быть всеобщим философским принципом, а не частным положением, претендующим на глобальный статус" (Горелов, 1985; с. 39).

Экосистемная теория основьгеается на том, что имеются некие "эмер-джвнтные" признаки, присущие сообществу как целому и не свойственные отдельным видовым популяциям организмов. К таким признакам обычно относят показатели потока энергии через сообщества, их структуру, видовое разнообразие и др. При этом для них характерна некоторая инвариантность, диктуемая термодинамическими принципами, т.е. взаимодействие видовых популяций в сообществах обусловлено специфическими ограничениями, накладываемыми на поведение каждой из взаимо-действущих популяций (Лекявичюс, 1986).

Если подойти к рассмотрению структурной организации экосистем с позиций системного анализа, то в их составе можно выделить такие главнейшие подсистемы: с одной стороны—это биотическое сообщество, а в качестве другой важнейшей подсистемы выступает комплекс абиотических факторов. Интеграция этих подсистем в единую систему осуществляется в результате взаимодействия различных качеств материи (живой и косной). При этом объединить в понятие экосистемы ее качественно различные (живые и неживые) компоненты можно только подчеркнув ту особую роль, которая принадлежит процессам их взаимодействия на основе принципа дополнительности Н. Бора (Радзивилл, 1986а; Депен-чук, Крисаченко, 1986; Гиляров, 1990; Делю, 1990; Емельянов, 1992; Эп-штейн, 1993).

Известно, что постоянные флуктуации среды вызывают адекватные перестройки в структуре видовых популяций, сообществ, биот (Юрцев, 1990), в связи с чем существование той или иной системы в конкретных условиях среды определяется адекватностью ее структуры данным условиям (Мовчан, Семичаевский, 1991; Шеляг-Сосонко и др., 1991). В основе достижения такой адекватности лежат процессы самоорганизации, при этом адаптивные возможности биосистем зависят от их способности накапливать и перерабатывать получаемую го окружающей среды информацию. Степень самоорганизации зависит от структурной сложности биосистем, включающей множественность элементов и разветвленность связей между ними, а также характер взаимодействия элементов по принципу обратных связей, т.е. от их структурно-функциональной организации. В этой связи основной характеристикой биосистем является их относительная стабилизация (устойчивость) — способность к поддержанию и восстановлению своей структуры при ее нарушениях, т.е. способность к саморегуляции (Шмальгаузен, I960, 1960а, 1968; Сетров, 1971; Водопьянов, 1974; Логинов, 1976; Коган, 1977а; Новосельцев, 1978; Николис, Пригожий, 1979; Голубец, 1982, Шедяг-Сосонко и др., 1991; Емельянов, 1992,1994; Голубець, 1997а; Радкевич, 1998 и др.).

Следовательно, структурные характеристики биосистем (или отдельных их подсистем) могут выступать в качестве показателей характера действия комплекса абиотических факторов, интенсивности, продолжительности и периодичности их влияния на биосистемы.

Ранее отмечалось (см. главу 2), что в качестве "хранителя информации" у биосистем надорганизменного уровня интеграции могут выступать их структурные характеристики. Следовательно, по особенностям структурной организации биосистем и/или изменениям в структуре их подсистем, можно, по-видимому, судить и о направленности энтропийных процессов в экосистемах в целом. Из этого вытекает важный методологический вывод: характер взаимодействия важнейших подсистем в экосистеме проявляется в виде изменений структурных характеристик подсистем.

Как нами уже обсуждалось, существование биологических систем в переменной среде возможно лишь при условии нахождения их в колебательном режиме, причем биосистемы разного уровня интеграции (от организма до биосферы включительно) являются колебательными системами. В этой связи при рассмотрении функционирования экосистем с позиций системно-структурного подхода следует отметить, что оно основано на взаимодействии (взаимном дополнении) главнейших подсистем в их единстве и противоположности и возможно лишь при гетерогенности экосистемы, т.е. благодаря максимальным отличиям в структурном разнообразии взаимодействующих подсистем (Емельянов, 1990), что обусловлено различной направленностью энтропийных процессов в подсистемах. Последнее обеспечивается существованием постоянных физических барьеров, препятствующих свободному обмену энергией и веществом между биотическим и абиотическим компонентами (Паттен, 1966).

При анализе взаимосвязанных изменений структурных характеристик важнейших подсистем экосистемы необходимо сопоставление энтропийных процессов, происходящих при их взаимодействии. Применение индекса Шеннона, например, для определения видового разнообразия биотических сообществ предусматривает суммирование вероятностей (нормированных собственным логарифмом) обнаружения представителей каждого вида. Подобный подход к определению содержит кажущееся противоречие, связанное с тем, что наибольшее разнообразие предпо­лагается при одинаковой численности всех видов (максимальной выров-ненности), т. е. при однообразии численностей. Такой взгляд устоялся сегодня в науке.

Следуя логике показателя Шеннона, наибольшая выровненность (соответственно, наименьшая вариабельность) параметров во времени соответствует наибольшему разнообразию факторов, что, не совсем согласуется с привычным представлениями, отождествляющими термины "вариабельность" и "разнообразие" и имеющими место, когда речь идет об абиотических параметрах. Это связано с отсутствием подходов и методов определения разнообразия абиотических факторов. Вариабельность — характеристика, связанная с величиной дисперсии параметров, обратная выровненности. С другой стороны, величина Шенноновской функции разнообразия прямо связана с выровненностыо. В связи с этим при­менение формулы Шеннона для определения разнообразия абиотических факторов ведет к получению наивысших величин разнообразия в стабильной (невариабельной), выровненной во времени среде.

Этот методический прием приходится применять для обеспечения корректности сравнения разнообразия в обеих главнейших подсистемах экосистем — биотической и абиотической. Понятно, что сегодня анализ разнообразия в абиотическом блоке может быть проведен только на качественном уровне, без выявления количественных аспектов изменения разнообразия абиотических компонентов. Тем не менее и такой анализ, по-видимому, представляет значительный интерес.

5. Аксиоматика экологии: интегральные, эволюционные законы, правила и принципы

экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой в результате дисбаланса компонентов, не может вернуться к первоначальному своему состоянию, если в ходе изменений произошли эволюционные (микроэволюционные) перемены в экологических элементах (сохранившихся или временно утерянных). Поскольку вернуть экосистему к прежнему состоянию невозможно, к ней нужно подходить как к новому индивидуальному природному образованию, на которое неправомерно переносить выясненные ранее закономерности. Напр., реакклиматизация (реинтродукция) видов нередко производится (через много лет) фактически в обновленную экосистему и функционально соответствует обычной акклиматизации (интродукции) вида, а не возвращению его в прежние ценозы.

5. Аксиоматика экологии: законы системы человека – природы, принципы охраны среды жизни

Между человеком и природой всегда существовали и существуют в настоящее время неразрывные связи. В ходе исторического развития эти связи претерпевают изменения, что приводит к одновременным переменам и в природе, и в формах хозяйствования.

Формы хозяйствования меняются вследствие затруднений, которые проистекают от перемен в природе. Так, с целью надежного обеспечения себя продуктами питания, защиты от непредсказуемых явлений природы, человек перешел в свое время от собирательства к пастбищно-кочевому скотоводству и подсечно-огневому земледелию, а затем созданию искусственных агросистем, от естественного к искусственному плодородию почв и т.п.

В свою очередь перемены в хозяйстве вызвали изменения в природе, сначала на уровне элементарных экологических систем (вырубка леса, осушение болот и т.д.), а в настоящее время в биосфере в целом.

Эта постоянная обратная связь получила название закона бумеранга, или закона обратной связи взаимодействия человек-биосфера П. Дансеро.

основными принципами охраны окружающей среды являются следующие:

- приоритет охраны жизни и здоровья человека;

- научно-обоснованное сочетание экологических и экономических интересов;

- рациональное и неистощительное использование природных ресурсов;

- платность природопользования;

- соблюдение требований природоохранительного законодательства, неотвратимость ответственности за его нарушение;

- гласность в работе экологических организаций и тесная связь их с общественными объединениями и населением в решении природоохранных задач;

- международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.