Тема 6. законы общей экологии

К наиболее общим экологическим законам относятся:

· Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер. Случайное, стохастическое поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления. Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Сочетание большого числа случайных актов спроса и предложения формирует относительно постоянный товарооборот и ценообразование свободного рынка.

· Принцип Ле Шателье - Брауна - при, внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции. В биосфере механизм осуществления этого принципа основывается на функционировании всей совокупности живых организмов и служит главным регулятором общеземных процессов.

· закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и в обществе. Он связан с законом физико-химического единства живого вещества, законом развития системы за счет окружающей ее среды и законом постоянства количества живого вещества, сформулированных В.И. Вернадским: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное саморазвитие невозможно.

· Закон цепных реакций. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило, существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров или привести к изменению всей системы в целом.

· Закон оптимальности. Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

· Правило максимального «давления жизни». Вместе с этим в живой природе действует правило максимального «давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число. Однако давление жизни ограничено емкостью среды, межвидовыми взаимоотношениями, взаимоприспособленностью различных групп организмов. Эту закономерность иногда обозначают как закон сопротивления среды жизни, или закон ограниченного роста Ч. Дарвина. Дарвину принадлежит также экологическая аксиома адаптированности: каждый биологический вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования.

· Законы экодинамики. Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голдсмит (1981) обозначил как законы экодинамики. Первый из них - закон сохранения структуры биосферы, второй - закон стремления к климаксу, т.е. к достижению экологической зрелости и равновесности экосистем.

Существуют и другие, более частные системные обобщения в экологии.

Эволюционные законы экологии:

1) Закон вектора развития. Развитие однонаправленно: жизнь - смерть. Нельзя прожить жизнь наоборот.

2) Системно-генетический закон. Индивидуальное развитие организма или системы повторяет ход эволюционного изменения того вида или сообщества (системы), к которому они принадлежат (для видов — онтогенез повторяет филогенез). Этот закон верен не только для биоэкологии, но и для экологии человека и геоэкологии.

3) Закон последовательного прохождения фаз развития. Фазы развития обычно следуют одна за другой в эволюционном порядке.

4) Закон необратимости эволюции. Экосистемы в процессе эволюции не повторяются, поскольку не повторяются организмы и компоненты, их составляющие.

5) Закон неравномерности развития экосистем. Системы даже одного уровня развиваются не строго синхронно и в процессе своей эволюции достигают разных стадий развития.

6) Закон направленности эволюции. Общий ход эволюции всегда направлен на приспособление к геохронологически меняющимся условиям существования.

7) Закон естественного отбора Дарвина. Состав каждой популяции вида не однороден благодаря процессу наследственной изменчивости. В условиях борьбы за существование более приспособленный вид имеет больше шансов выжить. Наследственность, изменчивость и естественный отбор, преимущественное сохранение более приспособленных — элементарные факторы эволюционного развития. Естественный отбор определяет направление эволюции, ее характер.

Законы экологии организмов:

1) Закон соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Вид организма может существовать до тех пор и постольку, поскольку определена его природная среда и соответствие генетических возможностей приспособления данного вида к ее колебаниям. У каждого вида свои адаптационные возможности, но предел есть везде.

2) Закон совокупного действия факторов. Только взаимосвязь экологических факторов и их взаимное усиление или ослабление определяет особенности их воздействия на организм и успешность жизни.

3) Закон минимума (закон Либиха). Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Состояние экосистемы лимитируется теми экологическими факторами, количество которых близко к необходимому для системы минимуму.

4) Закон толерантности Э. Шелфорда. Лимитирующий фактор процветания организма или вида в целом может принимать значения как минимума, так и максимума своих возможных значений, диапазон между которыми определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору.

5) 6) Правило Геодакяна. Женский организм более чувствителен к экологическим требованиям эволюции, чем мужской.

Законы экологии популяций и экосистем:

1) Закон системной организации:

· принцип иерархической организации— любая система обладает устойчивостью и состоит из подсистем;

· принцип эмерджентности — появление новых качеств на каждом следующем системном уровне приводит к тому, что свойства системы всегда гораздо больше и богаче, чем просто сумма свойств ее элементов;

· принцип управляемости — системами можно управлять.

2) Закон максимальной энергии Ю. Одума. В соперничестве с другими наилучшими шансами на сохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и использованию энергии. Следствие — закон одного процента: изменение энергетики природной экосистемы выводит систему из состояния гомеостаза (равновесия).

3) теория биоценотической регуляции численности популяции К. Фридерикса (1927): регуляция численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической среды в местообитании вида.

4) Закон экологической корреляции. Все виды в природе функционально взаимосвязаны и уничтожение одного вида ведет к уничтожению других (один вид тащит за собой 7—11 видов).

5) Закон обязательности заполнения экологической ниши. Экологическая ниша, как функциональное место в биоценозе, не может системно долго пустовать. Основной принцип замены живых организмов в нише: экологически крупные виды исчезают раньше, их места занимают более мелкие. Ввод определенного вида в определенные условия (интродукция) имеет свои плюсы и минусы.

Б. Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Первый закон «Все связано со всем» отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат — большие количества веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть.

Третий закон «Природа знает лучше» исходит из того, что «структура организма нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы — наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон «Ничто не дается даром», по мнению Б. Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен.

В законах Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем состоит закон физико-химического единства живого вещества?

2. Перечислите законы, отражающие взаимосвязь организма и среды обитания.

3. Приведите примеры, подтверждавшие закон цепных реакций.

4. В чем заключается принцип эмерджентности?

ТЕМА 7. ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА