Законы экологии Коммонера

Введение

В 1970-х годах биолог и эколог Барри Коммонер изложил в виде простых афоризмов четыре правила экологии, благодаря которым он приобрел широкую известность. Коммонеру удалось научно-популярным языком объяснить обществу опасности легкомысленного отношения к окружающей среде.
Будущий ученый появился на свет в 1917 году в Бруклине. Его отец и мать были еврейскими иммигрантами из Российской империи. После окончания университета со степенью бакалавра, в 1938 году Коммонер магистерскую степень получил, а в 1941 — докторскую. После Второй мировой войны больше 30 лет преподавал в университете Сент-Луиса физиологию растений. В пятидесятых годах XX века Барри Коммонер написал несколько книг о вреде ядерных испытаний для экосистемы планеты. В 1980-х года он переехал в Нью-Йорк, где получил должность главы Центра биологии и природных систем при городском колледже.
Его исследования в течении своей научной деятельности стали основой для написание нескольких научно-популярных трудов по экологии. В двух из них «Замыкающийся круг» (1974) и «Технология прибыли» (1976) ученый описал четыре экологических принципа. В своих законах Барри Коммонер опирается на принцип динамического равновесия.
«Законы» экологии Б. Коммонера
Закон биогенной миграции атомов (В. И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Согласно закону биогенной миграции атомов, понимание общих химических процессов, протекавших и протекающих на поверхности суши, в атмосфере и заселенных организмами глубинах литосферы и вод, а также геологических слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических факторов, в том числе эволюционных.
В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. В первую очередь это касается живого вещества, для которого необратимость развития стала ясной после работ Ч. Дарвина (1859). Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, знаменитый бельгийский палеонтолог Л. Долло (1857—1931) в короткой заметке «Законы эволюции» сформулировал закон необратимости эволюции: «Организм не может вернуться, хотя бы частично, к предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряде его предков».
Вследствие большой сложности объектов изучения экологи в ней очень много законов, принципов и правил. Следовательно, их нельзя свести к нескольким, даже выделив среди них главные. Известный американский эколог Барри Коммонер в 1974 сформулировал свой, максимально сокращен и упрощенный вариант законов экологии.
Б. Коммонер выразил пессимистическую мысль: "Если мы хотим выжить, мы должны понять причину приближающейся катастрофы". Законы экологии он сформулировал в виде четырех афоризмов:
Все связано со всем - это утверждение повторяет известное диалектическое положение о всеобщей связи вещей и явлений.
Все должно куда-то деваться - это неформальное перефразирование фундаментального физического закона сохранения материи.
Природа знает лучше - это положение распадается на две относительно независимые тезиса: первая связывается с лозунгом "назад к природе"; вторая - с призывом к осторожности в общении с ней.
Ничто не дается даром - это экологический закон якобы "объединяет" три предыдущих.
Первый закон "Все связано со всем" обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе и человеческом обществе. По значению он близок к закону внутреннего динамического равновесия: изменение одного из показателей системы, как правило, вызывает структурно-функциональные количественные и качественные изменения; при этом сама система сохраняет общую сумму вещественно-энергетических качеств.
Экология рассматривает биосферу нашей планеты как сложную систему с многими взаимосвязанными элементами. Эти связи реализуются на принципах обратной отрицательной связи (например, в системе "хищник - жертва"), прямых связей, а также благодаря разнообразным взаимодействиям. За счет этих связей формируются гармоничные системы круговорота веществ и энергии. Любое вмешательство в работу сбалансированного механизма биосферы вызывает ответ сразу по многим направлениям, что делает прогнозирование в экологии чрезвычайно сложным делом.
Приведем типичный пример. В водной экосистеме для каждой биологической звена характерна своя скорость реакции, которая зависит от скорости метаболических процессов и размножения соответствующих организмов. Для появления нового поколения рыб необходимо несколько месяцев, водорослей - несколько дней, бактерии-розкладачи способны размножаться за несколько часов. Скорость метаболизма этих организмов (т.е. скорость, с которой они усваивают питательные вещества, используют кислород или продуцируют отходы жизнедеятельности), связана обратной зависимостью с их размерами. То есть, если скорость метаболизма рыбы принять за единицу, то для водорослей эта скорость будет равняться около 100, а для бактерий - около 10 000 единицам. Для того, чтобы вся циклическая система оставалась в равновесии, необходимо, чтобы общая скорость ее внутренних процессов руководствовалась наиболее медленной звеном, в нашем случае - ростом и метаболизмом рыб.
Любой внешнее воздействие, что ускоряет часть цикла и тем самым заставляет какую-то одну часть работать быстрее, чем система в целом, приводит к неблагоприятным последствиям. Если система находится в равновесном состоянии, кислород производится водорослями и поступает из атмосферы. Предположим, что скорость поступления в систему органических отходов резко возросла (например, за счет сброса сточных вод - бактерии увеличили свою активность, в результате скорость потребления кислорода бактериями-розкладачамы может превысить скорость его выработки водорослями (а также скорость его поступления из атмосферы), тогда содержание кислорода в воде приблизится к нулю, и система погибнет.
Б. Коммонер писал: "Все это является следствием простого факта: все связано со всем.
Система стабилизируется благодаря своим динамическим свойствам, и эти же свойства под воздействием внешних нагрузок могут привести к драматическому последствия: сложность экосистемы и скорость ее круговорота определяют степень нагрузки , которое она может выдержать, то есть небольшой сдвиг в одном месте может вызвать отдаленные, значительные и долговременные последствия ".
И природа, и общество находятся в единой сети системных взаимодействий. Любое изменение в природе, вызванная человеком, вызывает цепь последствий - нарушение одного звена этой цепи приводит к соответствующим нарушениям в других звеньях. Биосфера Земли является равновесной экосистемой, в которой все отдельные звенья взаимосвязаны и дополняют друг друга. Нарушение какого-либо звена приводит к изменению в других звеньях. Например, одним из последствий вмешательства человека в природу стало исчезновение видов и уменьшение видового разнообразия.
Второй закон "Все должно куда-то деваться" близок к рассматриваемому выше, а также в закон развития природной системы за счет окружающей среды. Этот закон является неформальным перефразировкой фундаментального закона физики - материя никуда не исчезает. Его можно назвать законом сохранения массы вещества, и он является одной из важнейших требований рационального природопользования. В отличие от общественного производства и быта живая природа в целом почти безотходная - в ней нет мусора. Углекислый газ, который выделяют животные как отходы дыхания, является питательным веществом для зеленых растений. Растения "выбрасывают" кислород, который используется животными. Органические остатки животных служат пищей для редуцентов, а уже их отходы (неорганические вещества - азот, фосфор, углекислый газ) становятся пищей для водорослей. То есть в природе продукты жизнедеятельности одних организмов является «сырьем» для других. Это свидетельствует о высоком уровне замкнутости круговорота веществ в биосфере.
На примере биологического круговорота видно, как остатки и продукты жизнедеятельности одних организмов в природе источником существования для других. Человек пока еще не создала такого гармоничного кругооборота в своей хозяйственной деятельности. Любое производство постоянно производит по крайней мере две вещи - необходимую продукцию и отходы. Отходы сами собой не исчезают: они накапливаются, снова вовлекаются в круговорот веществ и приводят к непредсказуемым последствиям. Технологические отходы общества часто "не вписываются" в природные экосистемы, они никуда не исчезают и становятся загрязнителями. С точки зрения живой природы человечество производит в основном мусор и яд. Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде "экологического бумеранга". На фоне этого рождаются "смелые" проекты утилизации наших отходов, особенно радиоактивных, например в космосе, на других планетах, предлагают даже отправлять их на Солнце. К счастью, в этих проектов есть много оппонентов, ведь второй закон Коммонера никто не отменял. Мы пока еще даже не представляем, какими могут быть конкретные механизмы "экологического бумеранга" в случае попытки "загрязнить" Солнце. Лучше даже не пытаться. Итак, ничто в природе не исчезает, а лишь переходит из одной формы существования материи в другую.
Третий закон "Природа знает лучше" указывает на то, что пока нет абсолютно достоверной информации о механизмах и функции природы, люди почти неизбежно вредят естественным системам. Б. Коммонер для лучшего понимания этого закона проводил аналогию: когда человек, не знакомый с устройством часов, желает его починить, часы вряд ли заработает. Любая попытка наугад изменить что-либо обречена на неудачу. Закон Коммонера в этом случае можно перефразировать так: "часовщик знает лучше". Подобно часов живой организм, на который влияют "слепые" случайные изменения, почти наверняка будет не улучшенный, а сломан.
"Живое состоит из многих тысяч различных органических соединений, - писал Б. Коммонер, - и порой кажется, что по крайней мере некоторые из них могут быть улучшены, если их заменить каким-то искусственным вариантом природной субстанции. Третий закон экологии утверждает, что искусственное введение органических веществ, которые не существуют в природе, а созданные человеком, но участвуют в живой системе, скорее всего нанесет вреда ". Одним из самых удивительных фактов в химии живых веществ является то, что для любой органической субстанции, производимой живыми существами, в природе есть фермент, способный эту субстанцию разложить. Поэтому, когда человек синтезирует новую органическое соединение, которое по структуре значительно отличается от природных веществ, вполне вероятно, что для нее нет розкладального фермента, и это вещество будет накапливаться в природе. Поэтому этот закон призывает к осторожности во взаимоотношениях с природой. Недаром сам Б. Коммонер через два года дополнил формулировка этого закона: "Природа знает лучше, что делать, а люди должны решать, как сделать это как можно лучше".
Человечество прошло гораздо более короткий путь развития, чем биосфера Земли. За многие миллионы лет существования биосферы полностью сформировались связи и механизмы ее функционирования. Необдуманное, безответственное вмешательство людей в природу может привести (и приводит) к уничтожению отдельных связей между звеньями экосистем и к невозможности возврата экосистем в первоначальное состояние. Человек, самоуверенно желая "улучшить" природу, нарушает ход естественных процессов. Действительно, в природе все очень целесообразно и функционально. И это можно понять, ведь у нее было достаточно времени, чтобы отбросить все неудачные варианты и оставить только выверенные. В 1991 г.. Группа американских исследователей проводила эксперимент, получивший название "Биосфера-2".
В пустынном районе штата Аризона был построен комплекс изолированных от внешней среды помещений со стеклянной крышей и стенами (извне поступала только солнечная энергия), в которых созданы пять соединенных друг с другом экосистем: влажный тропический лес, саванна, пустыня, болото и море (бассейн глубиной 8 м с живым коралловым рифом).
В "Биосферу-2" было переселено 3 800 представителей фауны и флоры, причем основным критерием их отбора была польза, которую они могли приносить людям (потребляться как еда, очищать воздух, давать лекарства и др.). В "Биосферу-2" были внесены и техносфера, которая имела жилые и рабочие помещения, рассчитанные на восемь человек, спортзал, библиотеку, город и многочисленное техническое оборудование (дождевальные установки, насосы для циркуляции воды и воздуха, компьютер с множеством датчиков, который должен был вести мониторинг жизненно важных параметров комплекса). Целью эксперимента, рассчитанного на два года, было создание замкнутой экосистемы, своеобразной мини-биосферы, которая функционировала на основе самообеспечения и была независимой от "Биосферы-1" (так авторы называли биосферу Земли). В эту ми-ни-биосферу должна органично войти минитехносфера с исследователями. Авторы мечтали достичь искусственно поддерживаемого в системе гомеостаза, т.е. стабильности основных жизненно важных параметров (температуры, влажности и т.п.). Отходы биоты одной экосистемы должны были служить ресурсами для другой.
Проект был призван осуществить (пусть и в небольшом масштабе) мечту В.И. Вернадского о переходе к управлению человеком всеми процессами в биосфере. Эксперимент закончился неудачно: менее чем за полгода исследователей эвакуировали из "Биосферы-2" обратно в родной "Биосферы-1". Желаемого управления процессами и сбалансированности техносферы и "Биосферы-2" достичь не смогли; более того, основные параметры системы, в частности содержание в воздухе углекислого газа, состав микроорганизмов в почве и т.д., вышли из-под контроля.
Когда содержание С02 в воздухе достиг опасного для здоровья людей уровня и никакими способами снизить его не удалось, эксперимент был прекращен.
Крах эксперимента "Биосфера-2" наглядно доказал, что полная сбалансированность всех процессов, круговорот веществ и энергии, поддержания гомеостаза возможны лишь в масштабах Земли, где эти процессы отрабатывались в течение многих миллионов лет. И никакие компьютеры не способны взять на себя руководство системой, сложность которой намного выше их собственной. Подтвердилась также справедливость принципа, сформулированного математиком Дж. Нейманом: "Организация системы ниже определенного минимального уровня приводит к ухудшению ее качества". Итак, как всеобъемлющее управление "Биосферой-1", так и создание искусственных биосфер типа "Биосферы-2" сегодня (и в ближайшем будущем) не под силу человеку. Усилия человечества должны быть направлены на сохранение общепланетного биосферы - очень сложной, сбалансированной системы, устойчивость которой сейчас нарушается техносферой. Нам необходимо стараться не "брать на себя руководство биосферой", а действовать так, чтобы "не мешать природе", которая, по закону Б. Коммонера, "знает лучше".
Трагический эгоцентризм в крайнем своем проявлении выраженный известным селекционером 30-х годов XX в. В.И. Мичуриным: "Мы не можем ждать милостей от природы; взять их у нее - наша задача». Деятельность человека только тогда будет оправдана, когда мотивация ее поступков будет определяться в первую очередь той ролью, для выполнения которой она была создана природой, когда потребности природы будут иметь для человека большее значение, чем личные. Человечество должно научиться жить в гармонии с природой.
Четвертый закон "За все надо платить, или ничто не дается даром" вновь касается тех проблем, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия и закон развития природной системы за счет ее окружения.
Б. Коммонер так объяснял этот закон: "... Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может быть объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещены. Платеж по этому векселю нельзя избежать, он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит лишь о том, что отсрочка очень затянулась ". И дополнил: "Мы разомкнули круг жизни, превратив его в бесчисленные циклы, в линейные цепи искусственных событий".
Четвертый закон подтверждает: природные ресурсы не бесконечны. Человек в процессе своей деятельности берет у природы в "долг" часть ее продукции, оставляя под залог те отходы и загрязнения, которым не может или не хочет предотвратить. Этот долг будет расти до тех пор, пока существование человечества не окажется под угрозой и люди вполне НЕ осознают необходимость устранения негативных последствий своей деятельности. А это устранение потребует очень больших затрат, которые и станут уплатой этого долга. Действительно, неразумная эксплуатация природных ресурсов и природных благ грозит расплатой, что придет рано или поздно. На современном этапе развития науки и техники человечество, кажется, уже меньше зависит от природы, но зависимость эта сохранилась, и не просто сохранилась, а усложнилась, поскольку изменилась только относительная роль законов природы. Человечество, как и раньше, зависит от энергетических, минерально-сырьевых, биологических, водных и других природных ресурсов. Поэтому законы экологии Барри Коммонера, так же, как и все другие очень важные законы, отражающие общие системные закономерности функционирования и развития объективной реальности, следует помнить и учитывать в своей повседневной деятельности.
Заключение
Американский ученый Барри Коммонер в 70-х годах XX века, видимо, также искал ответ на вопрос о законах экологии. В те времена интернета не было, а в библиотеках Коммонер ничего путного не нашел. И решил, что придется самому сформулировать эти законы. И получилось достаточно удачно. Ученые всего мира признали эти формулировки. И теперь экологические законы Коммонера изучают в школах и университетах по всему миру.
Представляется, что законы Коммонера – это не сухая теория. Эти экологические законы сформулированы простым понятным языком и доступны для понимания. В связи с этим эти принципы могут быть весьма полезны на практике.
О законах Коммонера нужно помнить, например:
При строительстве (начиная от дачи, заканчивая небоскребами – особенно небоскребами!)
При работе по утилизации отходов
В законотворческой деятельности (законы об охране окружающей среды обязательно должны учитывать законы Коммонера)
В научных исследования в области экологии
И даже в обычной жизни (например, при принятии решения о покупке домашних животных…)
Список литературы
Бирюков Д. А. Экологическая физиология нервной деятельности: некоторые вопросы биологических основ теории медицины. — Л: Медгиз, 1960.
Методологические аспекты исследования биосферы. М., 1975.
Дмитриенко П.К. Природа знает лучше // Химия и жизнь-21 век. - №8. - 1999. - С.27-30.
Миллер Т. Жизнь в окружающей среде: В 3-х частях: Пер. с англ. / Под ред. Г. А. Ягодина. — М.: Изд. группа Прогресс, Пангея, 1993—1996.
Биологические экскурсии. Книга для учителя М.: Просвещение, 1983.
Блинов Л.В., Щербаков С.В. Коллективная познавательная деятельность учащихся на уроке и во внеклассной работе — Биология в школе 1989 — №6- с.31 - 34.
Герасимов И.П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира. М.: Наука, 2005.
Гиляров. Популяционная экология. М.: МГУ. 2010.