Основные законы экологии

                                     Основные законы  экологии.

   Экология-биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, видов, биоценозов (сообществ), экосистем, биогеоценозов и биосферы. Часто экологию определяют также как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Современная экология интенсивно изучает также проблемы взаимодействия человека и биосферы.

   Современное значение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. В настоящее время чаще всего под экологическими вопросами ошибочно понимаются, прежде всего, вопросы охраны окружающей среды. Во многом такое смещение смысла произошло благодаря всё более ощутимым последствиям влияния человека на окружающую среду. Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы.

Три альтернативных определения  данной науки:

1. Экология — познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды.
2. Экология — биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.
3. Экология - наука об окружающей среде и происходящих в ней процессах.

   Любой  экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве. Однако каждому живому организму  требуются  строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы   всех экологических факторов соответствуют  наследственно  закрепленным  требованиям  организма (т.  е.  его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство.

   Живой  организм  в  природных  условиях  одновременно  подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов – как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах. Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но требования  к  другим  веществам,  например  бору  или молибдену,  определяются ничтожными количествами. Тем не менее, недостаток или отсутствие любого вещества (как  макро-,  так  и  микроэлемента)  отрицательно  сказывается  на состоянии  организма,  даже  если  все  остальные  присутствуют  в  требуемых количествах.

   Один из основоположников агрохимии – немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873) сформулировал теорию минерального питания растений. Он установил, что развитие растения или его состояние зависят не от тех химических  элементов (или  веществ),  то  есть  факторов,  которые  присутствуют  в почве  в  достаточных  количествах,  а  от  тех,  которых не  хватает. Например, достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать  недостаток железа,  бора  или  калия.  Если  любого (хотя  бы одного) из элементов питания в почве меньше, чем требуется данному растению,  то оно будет развиваться ненормально,  замедленно или иметь патологические отклонения. Результаты своих исследований Ю. Либих сформулировал в виде фундаментального закона минимума. 

   Веществом, присутствующим в минимуме, управляется урожай, определяется его величина и стабильность во времени.

   Разумеется,  закон минимума справедлив не  только для растений, но и для всех живых организмов, включая человека. Известно, что в ряде случаев недостаток  каких-либо  элементов  в  организме  приходится  компенсировать употреблением минеральной воды или витаминов.

   Некоторые ученые выводят из закона минимума дополнительное следствие,  согласно  которому  организм  способен  в  определенной  степени  заменить одно дефицитное вещество другим, т. е. компенсировать недостаток одного фактора присутствием другого – функционально или физически близкого.

   Закон Либиха – один из основополагающих законов экологии. Однако в начале прошлого века американский ученый В. Шелфорд показал, что вещество (или любой другой фактор), присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить.

   Например,  даже  незначительное  отклонение  содержания  в  организме ртути (в  принципе  безвредного  элемента)  от  некоторой  нормы  приводит  к тяжелым  функциональным  расстройствам (известная «болезнь  Минамата»). Дефицит влаги в почве делает бесполезными для растения присутствующие в ней питательные вещества, но и избыточное увлажнение ведет к аналогичным  последствиям   вследствие,  например, «задыхания»  корней,  закисания почвы возникновения анаэробных процессов.

   Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. «толеранция» – терпение). Отсюда слово «толерантный» переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определит,  как  способность  организма  выдерживать  отклонения  экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

   Из всего изложенного вытекает и закон В. Шелфорда, или так называемый закон толерантности.

   Любой  живой  организм  имеет  определенные,  эволюционно  унаследованные верхний и нижний пределы  устойчивости (толерантности)  к любому экологическому фактору.

   Для  организма  имеет  значение  не  только  собственно  амплитуда  колебаний экологических факторов, но и скорость, с которой фактор изменяется. Известны  эксперименты,  когда при резком понижении  температуры воздуха от +15  до –20°С  гусеницы  некоторых  бабочек  погибали,  а  при  медленном, постепенном  охлаждении  их  удавалось  вернуть  к жизни  после  значительно более низких температур.

   Охранять  окружающую  среду  означает  обеспечивать  состав  и  режимы экологических  факторов  в  пределах  унаследованной  толерантности  живого (в первую очередь – человеческого) организма, т.е. управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим по отношению к организму.

   Человечеству понадобилось примерно 5 млн. лет, чтобы его численность достигла 1 миллиарда. Затем понадобилось всего 50 лет (1920-1970 гг.), чтобы его численность удвоилась, т.е. возросла от 1,8 млрд. до 3,5 млрд. человек. В 1987 г. численность населения Земли составляла 5 млрд. человек. К середине следующего столетия она может составить 12-14 млрд. человек.

   За всю историю существования человечества исчезло около 150 видов млекопитающих, из которых более 40 видов исчезли за последние 50 лет. За прошедшие 30 лет исчезло более 40 видов и 40 подвидов птиц. Под воздействием человека изменилась и абиота (все неживое на Земле).

   Экология как наука является теоретической основой охраны окружающей среды и рационального природопользования. Законы экологии были сформулированы в 1926 году. Они сводятся к четырем основным принципам, объясняющим устойчивое развитие природы и призывающим человечество руководствоваться ими в своем воздействии на окружающую среду:

1. Все взаимосвязано. Биосфера Земли является равновесной экосистемой, в которой все отдельные звенья взаимосвязаны и дополняют друг друга. Нарушение какого-либо звена влечет за собой изменения в других звеньях. Например, следствием вмешательства человека в природу явилось исчезновение видов и уменьшение видового разнообразия в биоте.
2. Все должно куда-то деваться. Этот принцип вытекает из закона сохранения материи. Ничто в природе не исчезает, а лишь переходит из одной формы существования материи в другую.
3. Природа знает лучше. Человечество прошло гораздо более короткий путь развития, чем биосфера Земли. За многие миллионы лет существования биосферы Земли полностью сформировались связи, механизмы и ее отдельные звенья. Необдуманное и безответственное вмешательство людей в природу может привести к уничтожению отдельных связей между звеньями экосистемы и к невозможности возврата экосистемы в первоначальное состояние. Поэтому человечество должно научиться жить в согласии с природой.
4. За все надо платить. Всякая экосистема представляет собой единое целое, в котором нет ничего лишнего. Все, что человечество забирает из экосистем для удовлетворения своих нужд, должно быть возвращено или возмещено.

   В соответствии с программой ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) глобальными экологическими проблемами, возникшими в наше время в результате антропогенной деятельности, являются следующие:

1. Изменение атмосферы и климата;
2. изменение гидросферы;
3. изменение литосферы - использование и добыча полезных ископаемых и землепользование;
4. изменение биоты (растительного и животного мира);
5. изменение в сельском и лесном хозяйстве;
6. демографические проблемы, в том числе проблема производства продуктов питания;
7. урбанизация - проблемы населенных пунктов;
8. влияние окружающей среды на здоровье человека;
9. проблема развития промышленного производства;

   Закон биогенной миграции атомов (или закон Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется под превосходящим влиянием живого вещества, организмов. 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. С помощью этого закона можно сознательно и активно предотвращать развитие таких отрицательных явлений, руководить биогеохимическими процессами, используя «мягкие» экологические методы.

   Закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанные между собою, так что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы — энергетические, информационные и динамические.  Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т.п.) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения. 

   Закон внутреннего динамического равновесия — один из главнейших в природопользовании. Он помогает понять, что в случае незначительных вмешательств в естественную среду ее экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, но если эти вмешательства превышают определенные границы (которые человеку следует хорошо знать) и уже не могут «угаснуть» в цепи иерархии экосистем (охватывают целые речные системы, ландшафты), они приводят к значительным нарушениям энерго и биобаланса на значительных территориях и в всей биосфере. 

   Закон генетического разнообразия: все живое генетическое разное и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности. Закон имеет важное значение в природопользовании, в особенности в сфере биотехнологии (генная инженерия, биопрепараты), если не всегда можно предусмотреть результат нововведений во время выращивания новых микро культур через возникающие мутации или распространение действия новых биопрепаратов не на те виды организмов, на которые они рассчитывались.

   Закон исторической необратимости: развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздний фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйничанья.

   Закон константности (сформулированный В. Вернадским): количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемое приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком.

   Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье): в организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.

   Закон максимума биогенной энергии (закон Вернадского—Бауэра): любая биологическая и «бионесовершенная» система с биотой, которая находится в состоянии «стойкого неравновесия» (динамично подвижного равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду. Вместе с другими фундаментальными положениями закон максимума биогенной энергии служит основой разработки стратегии природопользования.

   Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом): 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.

   Закон ограниченности естественных ресурсов: все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части.