Реферати українською » Наука и техника » Траєкторія екологічної думки. На шляху до сучасного розуміння біосфери


Реферат Траєкторія екологічної думки. На шляху до сучасного розуміння біосфери

Страница 1 из 3 | Следующая страница

ВікторДанилов-Данильян, член-кореспондент РАН, ІгорРейф

Людина залежить від довкілля, а й довкілля залежить від чоловіка. Протягом часу існування людська цивілізація не створила, мабуть, жодної технології, яка настільки чи інакше не руйнувала б довкілля. На щастя, паралельно йшов і творчий процес нарощування наукових знань. Протягом останнього століття стараннями багатьох дослідників людина дійшов розумінню основних законів природи, які забезпечують стійкість біосфери. Але усвідомили ми остаточно свою перед життям Землі загалом?

Від Гумбольдта до Вернадського

Подібно яблучному хробаку,подтачивающему зсередини уподобаний їм плід, людина будує свою цивілізацію всередині біосфери і поза рахунок часткового її руйнації. Заодно він нещодавно розпочав вивченню цієї найскладнішої системи, хоча перші спроби цілісного підходи до ній походять ще до знаменитого німецькому натуралісту Александром Гумбольдтом (1769–1859),противопоставившему мозаїці незалежно існуючих видів Карла Ліннея уявлення про взаємодії організмів між собою й ландшафтом. У закладених їм засадахбиогеографии клімат постає як що б ланка ландшафту.

Проте погляди Гумбольдта на живої світ образу і його ландшафтне оточення як у єдину систему,неотривную від кліматичних чинників, у другій половині ХІХ століття поступилися місцем історії походження (>филогении) як єдино що заслуговує уваги приділити науковому поясненню явищ природи. Саме історією походження на процесі конкурентного природного відбору окремих особин зумів пояснити Чарльз Дарвінлиннеевское безліч видів. У цьому дивовижна зі своєї логічності ідея Дарвіна стала як біологічної теорією, а й світоглядної концепцією. На рамках її наступного розвитку на біології взяв гору редукційний підхід, тобто пояснення загального через приватне з урахуванням накопиченого емпіричного матеріалу. Такий підхід сфокусував увагу вчених на еволюційної долі окремого виду та одиничної особини, створюючи інерцію «роздрібнення» біоти. І ця тенденція, будучи зведено в абсолют, серйозно забарилася розвиток поглядів на біосферу як у єдину систему.

Здається, системна концепція біосфери мала виникнути у надрах екології, яка зароджувалась межіXIX—XX століть. Проте насправді все склалося інакше. І перший своїм незалежним шляхом дійшов сучасному трактуванні цього поняття не біолог, а мінералог, засновник геохімії, видатний російський учений У. І. Вернадський (1863–1945). У опублікованих у 1926 року лекціях під загальним назвою «Біосфера», через три роки виданих французькою, він висунув ідею цілісного світу, у якому жива матерія («>пленка життя») об'єднана системою біогеохімічних циклів з атмосферою, гідро- і літосферою.Оболочку Землі, у якій протікають біохімічні процеси, і запропонував називати біосферою.

Вернадський показав, що саме хімічне стан зовнішньої кори нашої планети перебуває повністю під впливом життя й живими організмами. У його вченні про біосфері як розглядалися основні властивості живого речовини і впливом геть ньогокосной природи, а й було вперше розкрито грандіозне зворотний вплив життя наабиотическую середовище, й формування після цього процесубиокосних природних субстанцій, таких, наприклад, як грунт. Вперше вся жива оболонка планети перетворилася на єдине, складне, але водночас й слабке освіту. У заключному узагальнюючому праці «Хімічне будова біосфери Землі та її оточення» Вернадський писав: «На планеті в біосфері існує життя, від незалежна, а живе речовина, т. е. сукупність живих організмів, як найтісніше що з оточуючої її середовищем біосфери — потужним геологічним чинником від біосферинеотделимим»1.

Він також першим висловив думку, що «завдяки еволюції видів, безупинно що йде і непрекращающейся, змінюється різко відбиток живого речовини на навколишньому середовищі. Завдяки цьому процес еволюції — зміни — перенесено у природнібиокосние і біогенні тіла, які відіграють основну роль біосфері, в грунту, в наземні, і підземні води (в моря,озера, річки й т. буд.), в вугілля, бітуми, вапняки,органогенние руди тощо.п.»2.

Разом про те, розмірковуючи про шляхи еволюції біосфери про особливому місці, що займається у ній людиною, Вернадський дійшов висновку про можливість управління біосферою силою людського розуму — «наукової думкою і державно організованою, нею яке б технікою...». І це плані він був людиною своєї епохи,связивавшим сподівання в майбутнє з безмежними, як тоді здавалося, перспективами науково-технічного прогресу: «Теоретично ми бачимо краю йоговозможностям...»3.

Вік великих екологів

Ідеї Вернадського, далеко випередили час, міг би довго ще залишатися незатребуваними, але стрімко котра розвивалася ті ж роки екологія. Ця нова галузь знання зосередила увагу вчених на структурі та функціонуванні не окремих організмів, а біологічних комплексів. І хоча першим поняття «екологія» і запровадив відомий німецький натураліст Ернст Геккель (1834–1919) визначення області біології, що вивчає взаємовідносини організмів з середовищем, на початок 1900-х років цей термін майже використовувався.

Суттєвий внесок у становлення нової науки внесли гідробіологи, що зрозуміло: адже об'єктом вивчення були водні організми, які неможливо розглядати окремо від оточуючої їх фізичної середовища.

Серед перших у цій низці був німецький зоолог КарлМебиус (1825–1908). Вивчаючи відтворення молюсків на устричних мілині Північного моря, він обгрунтував уявлення про біоценозі — внутрішньо пов'язаному співтоваристві організмів, які населяють той чи інший однорідний ділянку морського дна. Він сказав еволюційно сформовану жорстку прив'язку окремих видів як друг до друга, до специфічним умовам місцевої середовища (>биотопу). Згодом поняття біоценозу розповсюдили на прісноводні і наземні співтовариства — біоценоз ставка, озера; біоценозберезового лісу й до т. буд.

На початку ХХ століття внесок у дослідження надорганізменного рівня внесли біологи різних напрямів — ботаніки, зоологи, гідробіологи,лесоведи. Вдалося виявити деякі загальні закономірності, характерні у розвиток найрізноманітніших комплексів організмів (співтовариств, біоценозів) під час взаємодії з довкіллям. І це, наприклад, належить процессукцессии — закономірноюстадийности розвитку екосистем.

Відкриттясукцессии — заслуга двох американських ботаніків. Перший, ГенріКоулс (1869–1939), займався вивченням рослинності узбережжя озера Мічиган, який протягом тривалогомелело і відступало берега. Заодно він припустив, що вік співтовариства повинен збільшуватися пропорційно видалення від воді, отже, зміг реконструювати хід всього процесу. Наймолодші, хіба що які утворилися дюни було заселено багаторічними травами,укреплявшими своїм корінням хиткі піски. Потім натомість з'являлися злаки, з їх занепадом — чагарники. А потім, більш давніх і закріплених дюнах, починали зростати дерева, причому у певній послідовності: спочатку сосни, через поколіннясменявшиеся дубами ікленами, і, нарешті, на найбільшому віддаленні берега з'являлися букові дерева — самітенелюбивие з цією кліматичної зони.

Зображення: «Наука життя й»

У 1916 року послідовникКоулса ФредерікКлементс (1874–1945) опублікував класичний працю «>Растительная сукцесія». Він довів здатність біоценозів пристосовуватися і розвиватися під час змін довкілля. До того ж якби на початкових етапах різні співтовариства одному й тому місцині можуть не надто відрізнятиметься друг від друга, то, на пізніших стадіях вони стають дедалі більше і більше схожими. Зрештою виявляється, що з кожної сфери з певним кліматом і грунтом характерно лише одна зріле, чи пізно це званеклимаксовое, співтовариство.

А ще через десятиліття, 1927 року, в Англії вийшла книжка англійського зоолога Чарльза Елтона «Екологія тварин». Вона сприяла переключенню уваги зоологів з окремого організму на популяцію загалом як у самостійну одиницю. Автора книжки побував на двох арктичних експедиціях, та її увагу залучили коливання чисельності дрібних гризунів, що повторювалися з періодом на три-чотири роки. А обробивши багаторічні даних про заготівлі хутра у Північній Америці, він дійшов висновку, що зайці і рисі також демонструють циклічні коливання, хоча піки чисельності вони спостерігаються приблизно разів у 10 років. У цьому вся який став класичним праці вперше описана структура і розподіл співтовариств тварин, крім того, уведено поняття екологічної ніші і сформульовано правило екологічних пірамід — послідовного зменшення чисельності організмів принаймні переходу від нижніх трофічних рівнів до вищим (від рослин до травоїдним тваринам, від травоїдних до хижакам тощо. буд.).

У20–30-е роки сучасності почалося запровадження у екологію точних методів дослідження, біля яких стояли американський біофізик АльфредЛотка (1880–1949) і італійський математик ВітоВольтерра (1860–1940). У що вийшла 1925 року книзі «Елементи фізичної біології»Лотка вперше спробував перетворення біології у суворо кількісну науку. Зокрема, він розробив математичні моделі і розрахунки міжвидових взаємодій (наприклад, модель, описуєсопряженную динаміку чисельності хижака і жертви), і навіть біогеохімічних циклів. На 1926 рокуВольтерра розробив математичну модель конкуренції два види за ресурс і показав неможливість їх стійкого тривалого співіснування.

Теоретичні дослідження, які виконалиЛотка іВольтерра, привернули увагу молодого радянського біолога Георгія ФранцевичаГаузе (1910–1986). Запропонував він свою, більш зрозумілу біологам модифікацію рівнянь, що описують процеси міжвидовий конкуренції. Експериментальна перевірка цих моделей на лабораторних культурах бактерій і найпростіших показала, що співіснування видів можливо, якщо вони займають різні екологічні ніші. Інакше одне із конкуруючих на тому ж нішу видів неминуче витісняється іншим (закон конкурентного винятку). РоботиГаузе увійшли до опублікованій у 1934 року у США книжку «Боротьба за існування» (у Росії вона побачила світ лише сім десятиліть через) і внесли вагомий внесок у поява концепції екосистеми.

«Базова одиниця» екології

Честь запровадження поняття «екосистема», а сталося це у 1935 року, з права належить англійської ботаніку АртуровіТенсли (1871–1955). Звісно, він мав свої досить авторитетні попередники — зокрема, американський гідробіолог ЕдвардБердж (1851–1950), який вивчав у початку сучасності на матеріаліозерних співтовариств роль організмів у круговерті речовини і трансформації енергії, або його німецький колега АвгустТинеманн (1882–1960), сформулювавши в 1920-ті роки такі важливі екології поняття, як біомаса і біологічна продукція. Але все-таки саме 1935 минулий рік прийнято вважати роком народження загальної екології як самостійної науки. Основне досягненняТенсли полягала у успішну спробу інтегрувати біоценоз з біотопом лише на рівні нової функціональної одиниці — екосистеми. І якщо інших, раніше сформованих науках, як-от фізика, хімія чи цитологія, віддавна були свої базові одиниці — атом, молекула, клітина, нині для екології нею стала екосистема — обмежений в часі та у просторі єдиний природний комплекс, освічений живими організмами і середовищем їхнього життя, у якому живі й відсталі компоненти пов'язані між собою обміном речовин і розподілом потоку енергії.

На 1942 року, незалежно відТенсли, російськийгеоботаник У. М.Сукачев (1880–1967) з прикладу лісових співтовариств розробив поняття про біогеоценозі. Будучи, у принципі, аналогом екосистеми, біогеоценоз характеризується обмеженою завдовжки і однорідністю природно-кліматичні умови. На суші це то, можливо невелику ділянку ландшафту — наприклад,приречний луг чи дерево і бідний грунт під нею, відповідна проекції його крони. І територіально і ієрархічно біогеоценози можна розглядати як осередки, чи «клітинки», біосфери, яка, своєю чергою, єекосистемой найвищого ієрархічного рівня.

Провідну рольекосистемних дослідженнях як і грали гідробіологи. Об'єкт їх досліджень — водні організми, найчастіше котрі живуть в замкнутих водоймах (ставок, озеро), — вирізнявся особливо зримим переплетенням і взаємозв'язком фізико-хімічних і біологічних процесів. Так, згадуваний вжелимнолог ЕдвардБердж, вивчаючи «подих озер», з допомогою суворих кількісних методів встановив сезонну динаміку змістурастворенного у питній воді кисню, залежить тільки від перемішування водної є і дифузії кисню з повітря, а й від життєдіяльності організмів — виробників кисню (планктонних водоростей) і споживачів (бактерій і тварин). Згодом цих ідей розвинулися в працях російськихлимнологов Л. Л.Россолимо (1894–1977), Р. Р.Винберга (1905–1987) та інших.Винберг розробив так званий балансовий енергетичний підхід. Суть його у тому, щоб у базі єдності біохімічних процесів, що відбуваються у різних організмах, — наприклад, фотосинтезу всіх планктонних водоростей в ставку чи всіх рослин, у лісі — підсумовувати результати їх активності за кількістю що утворюється у своїй органічного речовини івиделяющегося кисню. З'явилась би можливість як кількісно оцінювати біологічну продукцію лісової чи водної екосистем, а й розробляти їх математичні моделі, засновані на енергетичному підході.

Три роки аналогічні виміру було здійснено й у США під керівництвом ДжорджаХатчинсона (1903–1991), знаменитого як власними дослідженнями — його «Курслимнологии» (1957) і сьогодні представляє найповнішу у світі зведення життя озер, — а й активної підтримкою талановитих молодих вчених. До його учнів рухається у першу чергу назвати дуже рано, на жаль, померлого РаймондаЛиндемана (1915–1942), чия невеличка за обсягом робота «>Трофическо-динамические аспекти екології», опублікована у 1942 року, не перебільшуючи, зробила епоху в екології. На неї й сьогодні посилаються екологи в усіх регіонах Землі.Линдеман розробив загальну схему трансформації енергії в екосистемі і виклав основні методи розрахунку її енергетичного балансу. Він, зокрема, теоретично показав, що з перехід із одного трофічного рівня в інший кількість енергії зменшується отже організмам кожного наступного рівня виявляється доступна лише невелика, трохи більше 10%, частку тієї енергії, що була розпорядженні організмів попереднього рівня.

Відтодіекосистемние дослідження стають однією з магістральних напрямів в екології.

«>Переоткритие» біосфери і гіпотеза «>Гея»

Крок по кроку, зусиллями сотень вчених будувала екологія відсутні конструкції і опановувала необжите простір того будинку, склепіння і контури якого окреслив у своїх працях Вернадський. Проте до розуміння біосфери як глобальної екосистеми поки не порушувалася й вона. Ідеї Вернадського, що у рік закінчення Другої світової війни, залишилися багато в чому недооцінені сучасниками, і навіть у його підсумковий працю — свого роду наукове заповіт — «Хімічне будова біосфери Землі та її оточення» було опубліковано лише 15 років після смерті Леніна. Знадобилося не одне десятиліття, як погляд на біосферу як у єдину, цілісну систему став затверджуватися у поданнях і умах вчених.

І це насамперед слід віднести

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація