Зародження системної концепції змісту науки екологія

Сучасна екологія базується на основній концепції змісту цієї науки – системній концепції, яка зародилася в кінці ХIX століття і сформувалась лише до середини ХХ століття – шостий етап розвитку екології.

На даному етапі після різнобічних досліджень до 30-х рр. XX ст. визначилися основні теоретичні уявлення в області біоценології: про межі і структуру біоценозів, ступінь стійкості, можливості саморегуляції цих систем. Вчені цього періоду заглиблюються у дослідження типів взаємозв’язків організмів, що лежать в основі існування біоценозів. Також досить детально розробляється проблема взаємодії живих організмів з неживою природою. Тому цей період розвитку екології пов’язаний з особливим інтересом світової вченої громадськості до робіт вітчизняного геохіміка Володимира Вернадського (1863 - 1945 рр.), який підготував умови для розуміння єдиного цілого біологічних організмів з фізичним середовищем їх існування. Вчення В. Вернадського про біосферу відіграло важливу роль в підготовці цілісного сприйняття природних процесів як системи. Вивчення загальнопланетарних процесів розвернулося після виходу в світ в 1926 р. книги В. Вернадського “Біосфера”, де розглянуті властивості “живої речовини” і її функцій у формуванні, як сучасного лиця Землі, так і всіх середовищ життя на планеті (водного, грунтового і повітряного). В. Вернадський привернув увагу наукового світу до проблеми взаємодії живих організмів з неживою природою. За В. Вернадським, біосфера – це глобальна система, функціонування якої засноване на динамічній єдності і взаємодії “відсталих”, “живих”, і “біовідсталих” компонентів. У створеному ним вченні про біосферу розглядалися не тільки основні властивості “живої речовини” і вплив на неї “відсталої” природи, але і величезний зворотний вплив життя на неживу природу і формування “біовідсталих природних тіл” (таких, наприклад, як грунт або озеро).

В. Вернадський обгрунтував роль живої речовини як найбільш могутнього геохімічного і енергетичного чинника – провідної сили планетарного розвитку. У його роботах чітко простежується значення для космосу життя на планеті Земля, а також значення космічних зв’язків для біосфери. Вчений розкриває провідну роль живих організмів в акумуляції сонячної енергії і перетворенні речовин, що складають оболонки Землі: “По суті біосфера може бути розглянута, як область земної кори, зайнята трансформаторами, що переводять космічні випромінювання в дієву земну енергію”, – писав він. “Жива речовина” проводить величезну “геохімічну” роботу, формуючи склад і структуру поверхні Землі. Глини, вапняки, доломіт, боксити – це все породи органічного походження.

В. Вернадський прослідкував еволюцію біосфери і прийшов до висновку, що діяльність сучасної людини, що перетворює поверхню Землі, за своїми масштабами стала співставною з геологічними процесами на планеті. В результаті стало ясно, що використання природних ресурсів планети відбувається без урахування закономірностей і механізмів функціонування біосфери. Проте завершуючим етапом еволюції біосфери він вважав появу ноосфери – сфери розуму. В. Вернадський відзначав, що життя в геологічно осяжний період завжди існувало у формі біоценозів – складно організованих комплексів різних організмів. При цьому живі організми завжди були тісно пов’язані з місцем існування, утворюючи цілісні динамічні системи. В ході розвитку життя неодноразово відбувалася зміна одних груп організмів іншими, але завжди підтримувалося більш-менш постійне співвідношення форм, що виконують ті або інші геохімічні функції.

Космічна лінія В. Вернадського була розвинена в екології в працях Олександра Чижевського (1897 - 1964 рр.) – російський біофізик – вивчав вплив космічних фізичних факторів на процеси в живій природі, зокрема, вплив сонячної активності та циклів активності Сонця на явища в біосфері, у тому числі, на соціально-історичні процеси. О. Чижевський є одним з основоположників космічної біології – геліобіології.

На початку 40-х рр. XX ст. в екології виник новий підхід до досліджень природних систем. Проголошений принцип конкурентного виключення Г. Гаузе (1934), вказав на важливість трофічних зв’язків як основного шляху для потоків енергії через природні угруповання. Ці ідеї дали вагомий внесок у появу концепції екологічної системи. З особливою переконливістю ці висновки були сформульовані англійським геоботаніком Артуром Тенслі (1871 - 1955 рр.), якому належить честь введення в 1935 р. у праці “Правильне і неправильне використання концепцій і термінів в екології рослин” терміну для позначення екологічної системи – екосистема. Під екосистемою розуміли сукупність організмів і неживих компонентів місця їх існування, при взаємодії яких відбувається більш-менш повний біотичний кругообіг (за участю продуцентів, консументів і редуцентів). В той же час продовжувалися широкі кількісні дослідження функціональних особливостей різних екосистем – їх структури, продуктивності, умов їх стійкості, трофічних зв’язків в екосистемах. А. Тенслі послідовно розвинув погляд на екосистему як на утворення надорганізменного рівня, що включає не тільки організми, але і всю сукупність фізичних умов місцепроживання. Він звернув увагу на неможливість відділення організмів від оточуючого їх середовища, разом з яким вони утворюють одну систему – екосистему, – цілісну підсистему природи, в якій як організми, так і неорганічні чинники знаходяться у відносно стійкій рівновазі.

У вітчизняній науковій літературі уявлення про екосистеми з’явились в 1942 р. в роботах Володимира Сукачова (1880 - 1967 рр.), який обгрунтував концепцію біогеоценозу (синонім терміну “екосистема”), що мала велике значення для розвитку теоретичної бази екології. В. Сукачовим були закладені основи нової наукової дисципліни біогеоценології, об’єктом якої стали, за влучним виразом М.В. Тімофєєва-Ресовського, “елементарні біохорологічні (територіальні) одиниці біосфери Землі”. За В. Сукачовим “... Біогеоценозом ми називаємо кожну конкретну ділянку земної поверхні, на якій зберігається певна система взаємодій всіх компонентів живої (рослинність, тваринний світ та мікроорганізми) і мертвої природи (літосфера, атмосфера і гідросфера), тобто, іншими словами, зберігається однорідна система отримання та перетворення речовини та енергії і обміну ними з сусідніми біогеоценозами та іншими явищами природи” (1961).

У 1942 р. американський учений Раймонд Ліндеман (1915 - 1942 рр.) навів основні методи розрахунку енергетичного балансу екологічних систем. В подальшому Р. Ліндеман сформулював правило екологічної піраміди (закон Ліндемана) – з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший трофічний рівень переходить не більше 10% енергії. Трофо-динамічний підхід, який був розвинений у статті Р. Ліндемана (1942), зводиться до того, що біотичне угруповання становить єдине ціле з неорганічними умовами, приуроченим до загального простору. Першорядну роль у підтримці подібної єдності відіграють трофічні зв’язки, які не обмежуються рамками лише одного угруповання, але включають процеси, які відбуваються у фізико-хімічному середовищі. На основі цього стали принципово можливими розрахунки і прогнозування граничної продуктивності популяції і біоценозів в конкретних умовах середовища. Розвиток екосистемного аналізу призвів до відродження на новій екологічній основі вчення про біосферу. Біосфера постала як глобальна екосистема, стабільність і функціонування якої ґрунтуються на екологічних законах забезпечення балансу речовини і енергії.

У 50-х рр. формується загальна екологія. Передумовами для її розвитку послугували: досягнення гідробіології; осмислення великого фактичного матеріалу, накопиченого екологією наземних тварин і екологією рослин; формулювання поняття екосистеми і біогеоценозу; широке впровадження математичних методів, системного підходу і уявлення про рівні організації живої матерії. Основна увага загальній екології приділяється вивченню взаємодії організмів і структури утворюваних ними систем. У цьому вченні знайшли віддзеркалення ідеї про єдність організмів з фізичним оточенням, про закономірності, які лежать в основі таких зв’язків, про обмін речовинами і енергією між ними.

В цей період також активно проводились популяційні дослідження тварин. В Радянському Союзі інтенсивно ці роботи велися на кафедрі зоології хребетних Московського університету, яку очолював Микола Наумов (1902 - 1982 рр.) – радянський зоолог і еколог. У своїх дослідженнях М. Наумов велику увагу приділяв новим проблемам медичної зоології на основі досліджень екології поселень піщанок, полівок та інших гризунів. Його популяційні дослідження дозволили створити теоретичні основи пізнання структури та умов існування природних вогнищ інфекцій та запропонувати методи їх оздоровлення. Викладання екології в МДУ вимагало створення оригінального навчального посібника “Екологія тварин”. М. Наумов завершив його в 1955 р., який був перевиданий у 1963 р. Автор розділив свій навчальний посібник на сімнадцять глав і почав виклад з найбільш складних питань – характеристики популяцій і біотичних відносин і лише потім перейшов до ролі фізико-хімічних факторів. Книгу завершував короткий виклад основ біоценології і опис значення антропогенних чинників. У спеціальних етолого-екологічних дослідженнях М. Наумов показав, що можливий опосередкований через середовище проживання обмін досвідом (обмін інформацією) між особинами, поколіннями одного виду і різними видами. Такий “середовищний” обмін інформацією не має адресата, як при індивідуальному навчанні при безпосередніх контактах тварин (наприклад, батьків і дитинчат). Матеріальними носіями такої біологічної інформації є різноманітні акти і сліди діяльності тварин. Рівень запахового фону, частота міток, частота безпосередніх зустрічей тварин, взагалі ступінь будь-яких змін середовища тваринами – все це служить інформацією для популяції. Властивість насичувати середовище інформацією, що зберігає свій біологічний вплив протягом деякого часу після того, як вона була продукована, дала підстави М. Наумову для формування теорії біологічних (або сигнальних) полів. Сутність її зводиться до того, що в біогеоценотичних відносинах має значення не тільки прямий вплив тварин на неорганічне і біологічне середовище, а й інформаційний “фон”, який створюється ними і відіграє специфічну роль в числі інших властивостей біогеоценозу.

Георгій Вінберг (1905 - 1987 рр.) – радянський гідробіолог. Основні праці Г. Вінберга з теорії біологічної продуктивності екологічних систем, первинної і вторинної продукції водоймищ. Створив школу гідробіологів еколого-фізіологічного напряму. Свої дослідження розпочав на озері Білому в Косино в 1932 році. Ці дослідження з оцінки первинної продукції планктону назвуть потім класичними. Використаний ним тоді метод “темних і світлих склянок” став класичним. Суть його полягала в тому, що проба води, взята з певної глибини, що містила організми фіто- і зоопланктону, розливалась у дві невеликі склянки (флакони), які герметично закривались, з яких одна була прозорого світлого скла, а інша – темна, не проникна для світла. Склянки підвішували на мотузці на ту саму глибину, звідки спочатку була взята проба. Після добової експозиції їх піднімали на поверхню і в кожній визначали вміст розчиненого кисню. Очевидно, що у світлій склянці відбувалося як дихання всіх організмів, так і фотосинтез фітопланктону; в темній – тільки дихання. За кількістю виділеного в процесі фотосинтезу кисню можна було розрахувати і кількість утвореної при цьому органічної речовини, тобто величину первинної продукції. Таким чином, з’явилася можливість кількісного вивчення закономірностей продукційних процесів у водоймах і виник новий науковий напрям – продукційна гідробіологія. Даний напрямок Г. Вінберг “оформив” цілою низкою монографій: “Інтенсивність обміну і харчові потреби риб” (1956), “Первинна продукція водойм” (1960), “Добриво ставків” (спільно з В. Ляхновичем, 1965) та ін.

Джордж Хатчинсон (1903 - 1991) – англо-американський зоолог. Відомий своїми дослідженнями прісноводних озер і вважається батьком американської лімнології. Його основна праця – тритомний “Трактат з лімнології” (1957-1975 рр.). У цій роботі він перераховує не менше 75 типів озер, будуючи класифікацію на їх геоморфології та походженні. У 1959 р. він публікує статтю “Данина Святої Розалії, або Чому існує так багато видів тварин” і на самому початку роз’яснює настільки дивну назва: будучи на Сицилії, в околицях Палермо, він у невеликому ставку біля церкви святої Розалії виявив співіснування популяцій двох дуже близьких видів клопів-гребляків. Це суперечило і моделям В. Вольтера, і принципу виключення Г. Гаузе. Дж. Хатчинсон припустив, що ці два види клопів займають різні екологічні ніші; на користь цього свідчили відмінності у розмірах їх тіл майже в 1,5 рази, що відбивало і уподобання в харчових об’єктах різного розміру. Саме на цих (і більш ранніх) спостереженнях він розвиває уявлення про “гіперпросторову”, “фундаментальну” і “реалізовану” екологічні ніші, описує парадокс солонуватих вод (явище співіснування видів дрібних планктонних водоростей у верхніх шарах водної товщі озер і морів Дж. Хатчінсон назвав парадоксом, оскільки всі ці види співіснують, незважаючи на те що екологічно дуже подібні й в своєму розвитку лімітовані світлом та одним і тим же набором з декількох біогенних елементів), одним з перших в кінці 40-х років використовує ³²Р для вивчення циркуляції фосфору в озерах, на 20 років пізніше В. Вернадського самостійно підходить до уявлень про “біогеохімію” (до речі, він був одним з популяризаторів поглядів В. Вернадського в англомовних країнах), публікує в 1978 р. монографію “Вступ до популяційної екології”.

60-ті рр. ХХ століття були відмічені розширенням комплексних досліджень екосистем (Г. Одум і Ю. Одум, Р. Маргалеф, Г. Вінберг і багато інших). Зокрема, у перших зведеннях із загальної екології американських екологів (Дж. Кларк, Ю. Одум і ін.) багато уваги приділяється питанням розгляду екологічних систем. У 1964 р. колективом авторів під керівництвом В. Сукачова була опублікована книга “Основи лісової біоценології”. У ній зроблена спроба шляхом синтезу інформації розкрити кількісні закономірності функціонування і еволюції такої складної динамічної системи, як лісовий біогеоценоз.

Цей період також відзначається появою нового напрямку в географічній науці – вчення про геосистеми, започатковане Віктором Сочавою (1905 - 1978 рр.) – радянський географ, геоботанік і ландшафтознавець, основоположник Сибірської географічної школи. Основна наукова ідея В. Сочави полягає в тому, що природне районування єдине, що в системі комплексного (ландшафтного) районування мають поєднуватись всі окремі природні рубежі, в тому числі і геоботанічні. Об’єктом структурно-динамічних ландшафтних досліджень В. Сочави стали геосистеми (поняття було введено ним в 1963 р.), а етапною роботою – остання монографія “Вступ до вчення про геосистеми” (1978). Цікавою є також його брошура “Географія та екологія” (1970): “Поширення екологічної концепції на всю біосферу і ландшафтну оболонку, так само як і використання комплексного географічного підходу до найдрібніших осередків природного середовища – це найважливіша умова, необхідна для успішного вивчення та оптимізації географічного середовища людського суспільства.

Розвиток екології людини. Продовжуюючи напрацювання, які були започатковані О. Контом, американські соціологи Р. Парк і Е. Берджесс у своїх працях розкрили соціальні аспекти екології людини.

Роберт Парк (1864 - 1944 рр.) ототожнював розуміння предмету соціології із розумінням соціальної системи як елемента глобальної екосистеми. Соціологія і екологія, таким чином, мають у своїй основі один і той самий принцип розгляду систем. Також Р. Парк вважав, що екологія за своїми завданнями і методами близька соціології. Процеси, що відбуваються в суспільстві залежать від умов середовища існування і впливають на зміни в ньому. Цей екологічний принцип сприяв поглибленню системного погляду на суспільство в його єдності з природою. Соціальна екологія Р. Парка і його послідовників виступає частиною екологічного знання. Подібні ідеї Р. Парка розвинулись у науковий напрям – енвайронментальна соціологія (соціологія середовища), яка виникла в 70-х рр. і провела теоретичний аналіз реальних відносин суспільства із середовищем існування.

Ернст Берджесс (1886 - 1966 рр.) розробив модель міського соціального середовища, зміст якої полягає у виділенні локальних спільнот на основі різних підстав. За Е. Берджессом, в соціальній організації міського середовища вирішальне значення має екологічний порядок.

Дата добавления: 2015-11-14