Если «защищенные» споры способны перемещаться
как минимум по Солнечной системе, то, следовательно, не исклю-
чен механизм космического начала жизни на Земле.
§ 1.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГИЯ
В ЭКОСИСТЕМАХ
Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от
акцента на той или иной ее задаче меняется и сама формулировка.
Для «долгосрочного употребления» лучшим определением может
быть, например, следующее.
Экология (греч. oikos — дом и logos — учение) — наука, охваты-
вающая изучение всесторонней взаимосвязи между организмами и ок-
ружающей средой. Под всесторонней взаимосвязью обычно пони-
Ю ....
мают биологический, физический, химический, социальный,
экономический и другие факторы. Изначально экология — био-
логическая наука, поэтому мы довольно часто будем останавли-
ваться на биологических аспектах экологии.
Экосистема — основная функциональная единица в экологии,
единый природный комплекс, образованный живыми организмами и
средой их обитания (атмосфера, почва, водоемы), в которой живые
и неживые компоненты связаны между собой обменом веществ и
энергии.
Любой живой организм зависит от спектра приземного сол-
нечного излучения, температуры, влажности окружающей среды,
химического состава воздуха, пищи и других факторов. С другой
стороны, свободный кислород в атмосфере появляется в резуль-
тате жизнедеятельности растений, плодородный слой почвы —
это сложный продукт взаимодействия климата, влаги, живых орга-
низмов с верхними слоями горных пород. Биогенное происхожде-
ние (то есть связанное с жизнедеятельностью растений, живот-
ных, микроорганизмов) имеют каменный уголь, торф, мел и др.
В.И. Вернадский подчеркивал, что «биосфера — это наружная
оболочка Земли, область распространения жизни, включающая в себя
все живые организмы, а также всю неживую среду их обитания, при
этом между косными природными телами и живыми веществами
идет непрерывный материальный и энергетический обмен, выра-
жающийся в движении атомов, вызванном живым веществом. Этот
обмен в ходе времени выражается закономерно меняющимся, непре-
рывно стремящимся к устойчивости равновесием». Далее в основ-
ном рассматриваются общие закономерности взаимоотношений
природы и человеческого общества.
Сегодня человеческое общество находится на пороге того эта-
па эволюции нашей планеты, который называют периодом ноосфе-
ры. Ноосфера представляет собой связующее звено между космо-
сом и Землей, которое, используя приходящую на Землю энергию,
трансформирует мертвое вещество, создает новые формы матери-
ального мира, ускоряя все процессы, протекающие на Земле. По-
явление жизни — это естественный этап развития, который озна-
меновал качественное изменение эволюции Земли как космиче-
ского тела.
- Переход биосферы в ноосферу предусматривает управление
развитием как общества, так и биосферы. Это должно не только
щключить всякие отрицательные последствия природопользо-
.\"¦•¦•¦¦ \'¦¦¦¦ . .¦¦¦. . :.¦ . ¦;¦„ \',.. ¦•¦¦¦., v • ¦ п
вания, но и исправить те, что уже имели место. Для этого необхо-
димы:
1) текущий учет изменений в окружающей среде и предотвра-
щение ухудшения качества окружающей среды;
2) прогноз изменений в окружающей среде и связанных с ними
экологических последствий.
Для того чтобы управлять природопользованием, необходимо
располагать данными о том, какая именно среда оптимальна для
нормальных условий жизни человека.
Экологические факторы среды, с которыми связан любой орга-
низм, делятся на две категории:
• факторы неживой природы (абиотические);
• факторы живой природы (биотические).
Приспособительская реакция организмов к тем или иным
факторам среды определяется степенью постоянства (периодич-
ностью) воздействия этих факторов.
А. С. Мончадский выделяет три основных фактора.
1. Относящиеся к явлениям Солнечной системы, и в частности
связанные с вращением Земли (смена времен года, суточная сме-
на). Здесь имеется строгая периодичность, действовавшая еще до
появления жизни на Земле, возникающие живые организмы
должны сразу адаптироваться к этим факторам.
2. Факторы, являющиеся следствием первичных: влажность,
температура, давление, динамика растительной пищи, содержа-
ние растворенных газов в воде и др.
3. Факторы, не имеющие правильной цикличности, например
стихийные явления. К этим факторам относятся и антропогенные
(производимые человеком) воздействия на окружающую среду,
например появление примесей в воде, почве, воздухе, связанное с
деятельностью промышленных предприятий. Для того чтобы
адаптация живых организмов к новым условиям могла наследст-
венно закрепиться, требуется длительное эволюционное время, за
которое сменятся сотни поколений. Живые организмы, как пра-
вило, не успевают выработать приспособительные реакции, то
есть адаптация к непериодическим факторам у организмов невоз-
можна.
Ядовитые и вредные вещества, например неочищенные сточ-
ные воды, отбросы, выхлопные газы, радиоактивные вещества,
биоциды и др., попав в экосистему, не исчезают бесследно. Даже
низкие их концентрации, действуя долгое время, могут повредить
человеку, животным и растениям. Как показали наблюдения, не-
которые яды могут передаваться по пищевым цепочкам и сетям.
12 ; \'
Так, тяжелые металлы (например, свинец) передаются из расте-
ний корове, оттуда в молоко, а с молоком — человеку. Инсектици-
ды поступают с отравленными насекомыми в насекомоядную
рыбу, а затем к человеку или птице, съевшим эту рыбу.
В отдельных звеньях пищевой цепи может происходить нарас-
тающее накопление ядов. Если они не разлагаются и не выводятся
из организмов, то нарушается равновесие химического круговоро-
та веществ. В жизнестойкой экологической системе все время
должно поддерживаться равновесие, исключающее необратимое
уничтожение тех или иных «каналов» обмена информацией (энер-
гетической, химической, генетической и др.).
Жизнедеятельность всех живых организмов, включая челове-
ка, представляет собой работу, для осуществления которой требу-
ется энергия. Энергия солнечной радиации первична на Земле и
имеет преимущественное значение для жизни в инфракрасной
@,75—4 мкм) и ультрафиолетовой @,28—0,4 мкм) областях
спектра.
Непрерывный поток солнечной энергии, воспринимаясь мо-
лекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических свя-
зей. Химические вещества последовательно переходят от одних
организмов к другим, то есть происходит последовательный упо-
рядоченный поток вещества и энергии.
Продукция фотосинтеза обеспечивает человека пищей, одеж-
дой, энергией. Например, каменный уголь — это солнечная энер-
гия, аккумулированная в продуктах фотосинтеза растений про-
шлых геологических эпох.
Экология, по сути дела, изучает связь между излучением и эко-
логическими системами и способы превращения энергии внутри
системы. Отношения между растениями и животными, между
хищниками и жертвами, не говоря уже о численности и видовом
составе организмов в каждом их местообитании, лимитируются и
управляются потоком энергии, превращающейся из ее концен-
трированных (конкретных) форм в рассеянные (невосстанавли-
ваемые).
Существует два основных механизма удержания, перераспреде-
ления и накопления энергии на Земле.
1. Механизм, характеризующий среду обитания: испарение,
конденсация, градиенты плотности в атмосфере и в океане, геохи-
мические реакции, эрозия и др. (геохимический круговорот ве-
ществ).
: .. \' . ¦¦;-•\'.¦.¦¦•¦. .¦ ¦ .... 13
Почва ¦•
Живое / *¦ Земная кора -* V Живое /
вещество вещество
Космос
Рис. 1.2. Объединенный механизм удержания, перераспределения
и накопления энергии на Земле
2. Механизм, характеризующий жизнедеятельность биообъек-
тов: фотосинтез, дыхание и др. [биогеохимический круговорот,
формула A.1)].
Оба механизма можно представить единой схемой, изображен-
ной на рис. 1.2.
Все типы экосистем регулируются теми же основными закона-
ми, которые управляют и неживыми системами, например техни-
ческими установками, машинами. Различие заключается в том,
что живые системы, используя часть имеющейся внутри них энер-
гии, способны самовасстанавливаться, а машины приходится чи-
нить, используя при этом внешнюю энергию.
Когда излучение поглощается каким-либо предметом, послед-
ний нагревается, то есть энергия излучения переходит в энергию
движения молекул, из которых состоит тело, причем, это касается
любых физических полей и сред, взаимодействующих с ними.