Глава 27 Некоторые важные для экологиизаконы и принципы
Среди законов природы встречаются обычные в науке законы детерминистского типа, которые жестко регулируют взаимоотношения между компонентами экосистемы, но большинство представляет собой законы как тенденции, которые действуют не во всех случаях.
Они напоминают в каком-то смысле юридические законы, которые не препятствуют развитию общества, если нарушаются изредка некоторым числом людей, но мешают нормальному развитию, если нарушения становятся массовыми. Есть и законы-афоризмы, которые можно отнести к типу законов как ограничений разнообразия (по А.А. Горелову, 1998, с. 32—39). Закон эмерджентности: целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его частей. Закон необходимого разнообразия: система не может состоять из абсолютно идентичных элементов, но может иметь иерархическую организацию и интегративные уровни. Закон необратимости эволюции: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, осуществленному в ряду его предков. Закон усложнения организации: историческое развитие живых организмов приводит к усложнению их организации путем дифференциации органов и функций. Биогенный закон (Э. Геккель): онтогенез организма есть краткое повторение филогенеза данного вида, т. е. индивид в своем развитии повторяет сокращенно историческое развитие своего вида. Закон неравномерности развития частей системы: система одного уровня развивается не строго синхронно, в то время как один достигает более высокой стадии развития, другие остаются в менее развитом состоянии. Этот закон непосредственно связан с законом необходимого разнообразия. Закон сохранения жизни: жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии, информации. Принцип сохранения упорядоченности (И. Пригожин): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда большая нуля. I Принцип Ле Шателье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.
Этот принцип в рамках биосферы нарушается современным человеком. «Если в конце прошлого века еще происходило увеличение биологической продуктивности и биомассы в ответ на возрастание концентрации углекислого газа в атмосфере, то с начала нашего века углекислый газ, а биомасса ее автоматически снижается» (Реймерс Н.Ф. «Надежды на выживание человечества: концептуальная экология», с. 55). Принцип экономии энергии (Л. Онсагер): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии. Закон максимизации энергии и информации: наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации; максимальное поступление вещества не гарантирует системе успеха в конкурентной борьбе. Периодический закон географической зональности А.А. Григорьева — М.М. Будыко: со сменой физико-географических поясов Земли аналогичные ландшафтные зоны и некоторые общие свойства периодически повторяются, т. е. в каждом поясе—субарктическом, умеренном, субтропическом, тропическом и экваториальном — происходит смена зон по схеме леса — степи —пустыни. Закон развития системы за счет окружающей среды: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Принцип преломления действующего фактора в иерархии систем: фактор, действующий на систему, преломляется через всю иерархию ее подсистем. В силу наличия в системе «фильтров» данный фактор либо ослабляется, либо усиливается. Правило затухания процессов: с увеличением степени равновесности с окружающей средой или внутреннего гомеостаза (в случае изолированности системы) динамические процессы в системе затухают. Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского: все живое вещество Земли физико-химически едино, что не исключает биохимических различий. Термодинамическое правило Вант-Гоффа —Аррениуса: подъем температуры на 10° С приводит к 2—3-кратному ускорению химических процессов. Отсюда опасность повышения температуры вследствие хозяйственной деятельности современного человека. Правило Шредингера «о питании» организма отрицательной энтропией: упорядоченность организма выше окружающей среды и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает. Это правило соотносится с принципом сохранения упорядоченности Пригожина. Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают. Средняя продолжительность существования вида птиц —2 млн. лет, вида млекопитающих — 800 тыс. лет. Число вымерших видов птиц и млекопитающих в сравнении со всем их количеством велико. Принцип генетической преадаптации: способность к приспособлению у организмов заложена изначально и обусловлена практической неисчерпаемостью генетического кода. В генетическом многообразии всегда находятся необходимые для адаптации варианты. Правило происхождения новых видов от неспециализированных предков: новые крупные группы организмов берут начало не от специализированных представителей предков, а от их сравнительно неспециализированных групп. Принцип дивергенции Ч. Дарвина: филогенез любой группы сопровождается разделением ее на ряд филогенетических стволов, которые расходятся в разных адаптивных направлениях от среднего исходного состояния. Принцип прогрессирующей специализации: группа, вступающая на путь специализации, как правило, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации. Правило более высоких шансов вымирания глубоко специализированных форм (О. Марш): быстрее вымирает все специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейшей адаптации снижены. Закон увеличения размеров (роста) и веса (массы) организмов в филогенетической ветви. В.И. Вернадский так сформулировал этот закон: «По мере хода геологического времени выживающие формы увеличивают свои размеры (а следовательно, и вес) и затем вымирают».Происходит это оттого, что чем мельче особи, тем труднее им противостоять процессам энтропии (ведущим к равномерному распределению энергии), закономерно организовать энергетические потоки для осуществления жизненных функций. Эволюционно размер особей поэтому увеличивается (хотя и является очень стойким морфофизиологическим явлением в коротком интервале времени)» (Реймерс Н.Ф. «Надежды на выживание человечества: концептуальная экология»). Аксиома адаптированное™ Ч. Дарвина: каждый вид адаптирован строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования. Экологическое правило С.С. Шварца: каждое изменение условий существования прямо или косвенно вызывает соответствующие перемены в способах реализации энергетического баланса организма. Закон относительной независимости адаптации: высокая адаптивность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни (наоборот, она может ограничивать эти возможности в силу физиолого-морфологических особенностей организмов). Закон единства «организм—среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма: вид может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Закон максимума биогенной энергии (энтропии) В.И. Вернадского — Э.С. Бауэра: любая биологическая или биокосная система, находясь в динамическом равновесии с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы. Закон давления среды жизни, или ограниченного роста (Ч. Дарвин): имеются ограничения, препятствующие тому, чтобы потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, заполнило весь земной шар. Принцип минимального размера популяций: существует минимальный размер популяции, ниже которого ее численность не может опускаться.
Правило представительства рода одним видом: в однородных условиях и на ограниченной территории таксономический род, как правило, представлен только одним видом. По-видимому, это связано с близостью экологических ниш одного рода. Правило А. Уоллеса: по мере продвижения с севера на юг видовое разнообразие увеличивается. Причина в том, что северные биоценозы исторически моложе и находятся в условиях меньшего поступления энергии Солнца. Закон обеднения живого вещества в островных его сгущениях (Г.Ф. Хильми): «индивидуальная система, работающая в... среде с уровнем организации более низким, чем уровень самой системы, обречена: постепенно теряя структуру, система через некоторое время растворится в окружающей... среде» (Хильми Г.Ф. Основы физики биосферы. Л., 1966, с. 272). Из этого следует важный вывод для человеческой природоохранной деятельности: искусственное сохранение экосистем малого размера (на ограниченной территории, например, заповедника) ведет к их постепенной деструкции и не обеспечивает сохранения видов и сообществ. Закон пирамиды энергий (Р. Линдеман): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий уровень в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее — не более 0,5—0,25 %, и поэтому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится. Правило биологического усиления: при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, увеличивается примерно в такой же пропорции. Правило экологического дублирования: исчезнувший или уничтоженный вид в рамках одного уровня экологической пирамиды заменяет другой, аналогичный по схеме: мелкий сменяет крупного, ниже организованный более высоко организованного, более генетически лабильный и мутабельный менее генетически изменчивого. Особи измельчаются, но общее количество биомассы и продукции с единицы площади, какую способны дать саранча и еще более мелкие беспозвоночные. Правило биоценотической надежности: надежность биоценоза зависит от его энергетической эффективности в данных условиях среды и возможности структурно-функциональной перестройки в ответ на изменение внешних воздействий. Правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена («природа не терпит пустоты»). Правило экотопа, или краевого эффекта: на стыках биоценозов увеличивается число видов и особей в них, так как возрастает число экологических ниш из-за возникновения на стыках новых системных свойств. Правило взаимоприспособленности организмов в биоценозе К. Мебиуса — Г.Ф. Морозова: виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутреннее противоречивое, но единое и взаимоувязанное целое. Принцип формирования экосистемы: длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где
их компоненты и элементы дополняют друг друга и взаимно приспособлены. Закон сукцессионного замедления: процессы, идущие в зрелых равновесных экосистемах, находящихся в устойчивом состоянии, как правило, проявляют тенденцию к снижению темпов. Правило максимума энергии поддержания зрелой системы: сукцессия идет в направлении фундаментального сдвйга потока энергии в сторону увеличения ее количества, направленного на поддержание системы. Закон исторического саморазвития биосистем (Э.У. Бауэр): развитие биологических систем есть результат увеличения их внешней работы — воздействия этих систем на окружающую сред^у. Правило константности числа видов в биосфере: число появляющихся видов в среднем равно числу вымерших, и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа. Это правило справедливо для сформировавшейся биосферы. Правило множественности экосистем: множественность конку- рентно-взаимодействующих экосистем обязательна для поддержания надежности биосферы.
Из этих экологических законов следуют выводы, справедливые для системы «человек — природная среда». Они относятся к типу закона как ограничения разнообразия, т. е. накладывают ограничения на природопреобразовательную деятельность человека. Правило исторического роста продукции за счет сукцессионного омоложения экосистем: по существу, следует из основного закона экологии, и сейчас уже перестает работать, так как человек взял таким образом от природы все, что мог. Закон бумеранга: все, что извлечено из биосферы человеческим трудом, должно быть возвращено ей. Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой, как, скажем, нельзя создать новые идеи жизни. Человек не может построить вечный двигатель, в то время как биосфера и есть практически «вечный» двигатель. Закон убывающего естественного плодородия: «в связи с постоянными изъятиями урожая, а потому органики и химических элементов из почвы, нарушение естественных процессов почвообразования, а также при длительной монокультуре в результате накопления токсичных веществ, выделяемых растениями (самоотравление почв), на культивируемых землях происходит снижение естественного плодородия почв... к настоящему времени примерно половина пахотных угодий мира в различной степени потеряла плодородие, а полностью выбыло из интенсивного сельскохозяйственного оборота столько же земель, сколько сейчас обрабатывается (в 80-е гг. терялось около 7 млн. га в год)» (Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология , с. 160—161). Второе толкование закона убывающего 432 естественного плодородия: каждое последующее прибавление какого- либо полезного для организма фактора дает меньший эффект, чем результат, полученный от предшествующей дозы того же фактора. Закон шагреневой кожи: глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается. Это следует из того, что никаких принципиально новых ресурсов, которые могли бы появиться в настоящее время, нет. «Для жизни каждого человека в год необходимо 200 т твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и в среднем 1000 Вт энергии превращает в полезный для себя продукт» (Реймерс, с. 163). Все это человек берет из уже имеющегося в природе. Принцип неполноты информации: информация при проведении акций по преобразованию и вообще любому изменению природы всегда недостаточна для априорного суждения о всех возможных результатах таких действий, особенно в далекой перспективе, когда разовьются все природные цепные реакции (Реймерс, с. 168). Принцип обманчивого благополучия: первые успехи в осуществлении цели, ради которой и был задуман проект, создают атмосферу благодушия и заставляют забыть о возможных отрицательных последствиях, которых никто не ждет. Принцип удаленности события: потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий.
Вопрос о том, насколько законы экологии можно переносить на взаимоотношения человека с окружающей средой, остается открытым, так как человек отличается от всех других видов. Например, у большинства видов скорость роста популяции уменьшается с увеличением ее плотности; у человека, наоборот, рост населения в этом случае ускоряется. Стало быть, некоторые регулирующие механизмы природы отсутствуют у человека, и это может служить дополнительным поводом для технологического оптимизма у одних, а для экологических пессимистов свидетельствовать об опасности такой катастрофы, которая невозможна ни для одного иного вида.