Хрестоматия экологии

Экосистемы  имеют значительные различия в своих  динамических характеристиках и, следовательно, в скоростях, с которыми они реагируют на внешние изменения или движутся к катастрофе. Например, водные экосистемы отличаются более быстрыми кругооборотами, чем почвенные. Так, один ар густонаселенной прибрежной полосы моря или ар рыбохозяйственного пруда дает за год приблизительно в 7 раз больше органического вещества, чем ар почвы, занятый люцерной. Медленный оборот почвенного цикла объясняется довольно низкой скоростью одного из множества составляющих его звеньев — высвобождения питательных веществ из почвенных запасов органических веществ; этот процесс намного медленнее, чем соответствующий процесс в водных системах.

Величина  нагрузки, которую может выдержать  экосистема, также есть результат различных ее внутренних взаимосвязей и относительных скоростей реакции на внешние воздействия. Чем сложнее экосистема, тем большие нагрузки она способна выдержать. Вернемся к системе кролики — рыси: если бы рыси имели другой вид пищи, то они пережили бы внезапное исчезновение кроликов. Таким образом, ответвление, открывая альтернативные пути, повышает устойчивость экосистемы к нагрузкам. Большинство экосистем настолько сложны, что их циклы представляют собой не просто круги, а пересекающиеся разветвления, походящие на паутину. Подобно сети, каждый узел которой связан с другими несколькими нитями, наша система более устойчива, чем простой, «неветвистый» круг нитей, который достаточно разрезать в любом месте, для того чтобы разрушить все сразу. Загрязнение окружающей среды служит сигналом того, что экологические петли где-то разрезаны и, следовательно, система значительно упростилась, став, таким образом, более чувствительной к нагрузкам и ближе к гибели.

Обратные  связи в экосистемах часто  приводят к усилению важнейших процессов. Например, тот факт, что в пищевых цепочках мелкие организмы поедаются более крупными, а те, в свою очередь, — еще большими, неизбежно приводит к концентрированию определенных элементов окружающей среды в тканях организмов, находящихся в вершине пищевой пирамиды. Для всех мелких организмов характерна более высокая скорость метаболизма, чем у крупных; поэтому количество окисляющейся пищи по отношению к массе тела у мелких организмов больше. Следовательно, животные, находящиеся в вершине пищевой пирамиды, зависят от потребления значительно большей массы организмов, находящихся в основании пирамиды. Поэтому всякое вещество, которое не участвует в метаболизме, но содержится в организмах нижних звеньев пищевой цепочки, будет накапливаться в тканях представителей верхнего звена. Так, если принять концентрацию ДДТ (который практически не участвует в метаболизме) в почве за единицу, то концентрация его в организме земляного червя составит 10—40 единиц, а в организме глухаря, питающегося земляным червем, — 200 единиц.

Все это следует  из простого факта: все связано со всем. Система стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам; эти же свойства под влиянием внешних перегрузок могут привести к драматической развязке; сложность экологической системы и скорость ее кругооборота определяют степень нагрузки, которую она может выдержать; экологическая сеть подобна усилителю: небольшой сдвиг в одном месте может вызвать отдаленные, значительные и долговременные последствия.

ВТОРОЙ  ЗАКОН ЭКОЛОГИИ:

«все  должно куда-то деваться»

Это, разумеется, просто неформальная перефразировка фундаментального физического закона — материя не исчезает. В применении к экологии этот закон означает, что в природе не существует такой вещи, как «мусор». В любой природной системе экскременты и отбросы одних организмов служат пищей для других - углекислый газ, который выделяют животные как отходы дыхания, это превосходное питательное вещество для зеленых растений, растения «выбрасывают» кислород, который используется животными. Органические отбросы животных служат пищей для разлагающих бактерий. Их отбросы — неорганические вещества, такие, как азот, фосфор и углекислый газ, — становятся пищей для водорослей.

Последовательные  попытки ответить на вопрос «куда  всё идет?» могут дать удивительно много информации об экосистемах. Рассмотрим, к примеру, судьбу отдельных предметов домашнего обихода, содержащих ртуть — вещество, которое оказывает, как недавно выяснилось, серьезное воздействие на окружающую среду. Сухая батарейка, содержащая ртуть, покупается, используется по назначению и «выбрасывается». Но что происходит с нею дальше? Сначала она попадает в мусорный контейнер; затем контейнер отвозят на мусоросжигательную станцию. Здесь ртуть нагревается; она образует ртутные пары, которые выбрасываются через трубу, но ртутные пары токсичны. Ветер подхватывает их, и, в конце концов, они осаждаются на землю с дождем или снегом. Попав, скажем, в горное озеро, ртуть конденсируется и опускается на дно. Здесь ее перерабатывают бактерии, превращая в метилированную ртуть. Она растворяется в воде и поглощается рыбой; поскольку ртуть не участвует в метаболизме, она накапливается в органах и в мясе рыбы. Рыба вылавливается и съедается человеком, и ядовитая ртуть откладывается в его органах. И так далее.

Прослеживание экологических  траекторий — отличное и эффективное средство для того, чтобы опровергнуть распространенное представление о том, что вещи, ставшие бесполезными, просто «исчезают», когда их выбрасывают. Ничто не исчезает, то или иное вещество просто перемещается с места на место, переходит из одной молекулярной формы в другую, оказывая влияние на жизненные процессы любого организма, частью которого оно становится на некоторое время. Одна из главных причин нынешнего кризиса окружающей среды состоит в том, что огромные количества веществ извлечены из земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». В результате большие количества веществ нередко накапливаются в тех местах, где, по природе, их не должно быть.

ТРЕТИЙ  ЗАКОН ЭКОЛОГИИ

«природа  знает лучше»

Насколько мне известно, этот принцип встречает значительное сопротивление, поскольку он противоречит глубоко укоренившейся уверенности в том, что человеческие существа обладают уникальной компетентностью. Одной из наиболее характерных особенностей coвpeменной технологии является представление, что она призвана «улучшить природу» — обеспечить такие продукты питания, одежду, жилище и средства коммуникации, какие природа не может предоставить. В то же время, будучи плохо сформулирован, третий закон экологии утверждает, что любое крупное антропогенное изменение природной системы вредно для нее. Это, пожалуй, крайняя точка зрения, тем не менее, я думаю, что в таком утверждении содержится немалая доля истины, если рассматривать его в определенном контексте.

Я думаю, что для пояснения этого принципа полезно прибегнуть к аналогии. Предположим, вы открываете заднюю крышку ваших часов, закрываете глаза и тыкаете карандашом в рабочий механизм. Почти неизбежно часы будут повреждены. Однако этот результат не абсолютно неизбежен. Существует какая-то вероятность, что часы ходили неправильно и карандаш случайно исправил их. Однако такой исход чрезвычайно маловероятен. Возникает вопрос, почему? Ответ самоочевиден: в часах воплотилось очень многое из того, что технологи называют «исследованием и развитием» (или, более фамильярно, «R и D»)( R и D — первые буквы английских слов «research» (исследование) и «development» (развитие). Это означает, что за долгие годы целая армия часовщиков, каждый из которых учился у своего предшественника, опробовала всевозможные усовершенствования, отбросила то, что не способствовало хорошему функционированию системы в целом, и оставила лучшее. В результате существующий ныне часовой механизм представляет собой продукт тщательного отбора из огромного многообразия возможных вариантов составных частей, конструктивных схем рабочего механизма. Любая попытка наугад изменить что-либо попадет, вероятно, в тот класс несостоятельных или вредных переделок, которые были опробованы и отброшены в процессе эволюции производства часов. Перефразировав наш закон в применении к закону часов, можно сказать: «часовщик знает лучше».

Эта аналогия полна глубокого смысла, когда  мы рассматриваем биологические  системы. Можно вызвать целый  ряд случайных наследственных изменений в живых существах, если подвергать их воздействию таких агентов, как рентгеновское излучение или γ - излучение, которые увеличивают частоту мутаций. Вообще такое облучение повышает вероятность всех видов мутаций, которые в природе наблюдаются очень редко, и поэтому оно чревато всевозможными изменениями. Но для нас очень существенно то обстоятельство, что почти все мутации, вызываемые упомянутыми излучениями или другими средствами, губительны для организма, и в большинстве случаев настолько, что организм погибает, не успев даже полностью сформироваться.

Другими словами, подобно  часам, живой организм, подвергающийся слепым случайным изменениям, почти  наверняка будет не улучшен, а сломан. И в обоих случаях объяснение одно — огромное значение «R и D». В каждом живом организме воплощены два или три миллиарда лет «R и D». За это время возникло бесчисленное множество новых особей, организмов, и в каждом случае происходила проверка того, насколько удачными оказались случайные генетические формы. Если изменение снижает жизнеспособность организма, оно убивает его прежде, чем это изменение может быть передано следующим поколениям. Благодаря этому жизнь развила сложный комплекс совместимых деталей, а те возможные конструкции, которые оказались несовместимыми с целым, были отброшены за долгий период эволюции. Таким образом, похоже, что структура организма нынешних живых существ или организация современной природной экосистемы — наилучшая, в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне.

Этот принцип  особенно ярко проявляет себя в сфере  органической химии. Живое состоит  из многих тысяч различных органических соединений, и иногда представляется, что, по крайней мере, некоторые из них могут быть улучшены, если заменить их неким искусственным вариантом естественной субстанции. Третий закон экологии утверждает, что искусственное введение органических веществ, не существующих в природе, а созданных человеком и, тем не менее, участвующих в живой системе, скорее всего, принесет вред.

Дело в  том, что вариации химических веществ, действительно имеющие место в живой материи, намного более ограничены, чем возможные вариации. Яркая иллюстрация: если сделать по одной молекуле всех возможных типов белка, то суммарная их масса превысит массу всей известной вселенной. Очевидно, что фантастически огромное количество видов белка не создается живыми клетками. На основе сказанного выше можно полагать, что многие из этих возможных типов белка были однажды созданы отдельными живыми организмами, но оказались вредными и исчезли ввиду гибели экспериментального организма. По той же причине живые клетки синтезируют жирные кислоты (тип органической молекулы, которая состоит из цепочек атомов углерода различной длины) с четными числами, характеризующими длину углеродной цепочки (например, 4, 6, 8 и т. д. атомов углерода), но не синтезируют кислот с нечетными числами. По-видимому, последние были однажды опробованы и оказались неудачными. Ещё один пример - в живой материи чрезвычайно редки органические вещества, которые содержат связанные атомы азота или кислорода. Это должно свидетельствовать о том, что искусственное введение веществ такого типа было бы опасным. И действительно, вещества такого типа обычно оказываются токсичными и нередко канцерогенными. Я даже предполагаю, что факт отсутствия ДДТ в природе свидетельствует о том, что когда-то в прошлом какие-то злосчастные клетки синтезировали его молекулу — и погибли.

Один из поразительных  фактов в химии живых систем—  это то, что для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, существует где-то в природе фермент, способный эту субстанцию разложить. Как следствие, ни одно органическое вещество не будет синтезировано, если нет средств к его разложению; к этому вынуждает все та же цикличность. Поэтому, когда человек синтезирует новое органическое вещество, по структуре значительно отличающееся от природных веществ, есть вероятность, что для него не существует разлагающего фермента, и это вещество будет накапливаться.

Учитывая  эти соображения, я думаю, было бы разумно обратить особое внимание на каждое искусственное органическое вещество, отсутствующее в природе, и имеющее сильное воздействие на какой-либо вид организмов, так как оно может стать опасным и для других форм жизни. Практически такой взгляд означает, что ко всем искусственным органическим веществам, которые обладают общей биологической активностью, следует относиться так же, как к лекарствам, или, вернее, так, как мы должны относиться к лекарствам,— предусмотрительно, осторожно. Такая осторожность и предусмотрительность, разумеется, невозможны, когда миллионы тонн вещества производятся и рассеиваются в экосистеме, где оно может оказать воздействие на огромное количество организмов, находящихся вне сферы нашего наблюдения. Так случилось с детергентами, инсектицидами и гербицидами.

ЧЕТВЕРТЫЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ:

«ничто не даётся даром»

Как говорит  мой опыт, эта мысль настолько хорошо подтверждается в применении к проблемам окружающей среды, что я решил позаимствовать ее из первоисточника - экономики. «Закон» ведёт своё происхождение от излюбленной экономистами басни о некоем нефтяном магнате, который решил, что его новоиспечённое богатство нуждается в руководстве экономической науки. И тогда он приказал своим советникам, под угрозой смерти, создать ряд томов, содержащих всю мудрость экономики. Когда тома были готовы, у магната не хватило терпения читать их, и он отдал новый приказ — изложить все экономические знания в одном томе. И так эта история продолжалась (как и все истории подобного рода) до тех пор, пока от советников не потребовали, если они хотят жить, снести всю экономическую науку к одной-единственной фразе. * Таково происхождение закона «ничто не дается даром».

В экологии, так  же как и в экономике, этот закон призван подчеркнуть, что всякая вещь чего-то стоит. Этот экологический закон объединяет в себе предшествующие три закона. Потому что 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. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что эта отсрочка слишком затянулась.