Слово экология прочно вошло в бытовую лексику. Люди стремятся поселиться непременно в местах с хорошей экологией, приобрести экологически чистые продукты, избегают местности с плохой экологией. Но есть ли такая наука? И чем занимаются современные экологи? Об этом рассказывает один из ведущих специалистов-экологов России, профессор биологического факультета МГУ Алексей Гиляров.
Скажите, что такое экология?
То значение слова «экология», в котором его чаще всего сегодня используют, например, в словосочетании «экология Москвы», сравнительно новое. Начало экологии как науки связано с работами Эрнста Геккеля. Впервые он использовал понятие экологии в 1866 году. Но по-настоящему наука-экология стала формироваться в только 20-40-е годы XX века. Сегодня это именно наука, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Но центр научных исследований переносится на более общий вопрос: как устроена вообще живая природа?
Для эколога минимальные элементы живой природы это – отдельные организмы. Эколога не интересует, что происходит внутри организма, то, что интересует физиолога или биохимика. Организм для эколога – это своего рода «черный ящик». Для него важно, что на входе, и что на выходе. А именно: сколько он поглощает кислорода, сколько выделяет углекислого газа, сколько ест пищи, сколько у него выделяется продуктов обмена веществ, продуктов метаболизма, потому что эти продукты обмена – пища для других организмов, какова скорость его размножения. Современная экология – это наука о живом облике биосферы. Почему живая природа, именно такая, а никакая другая. Почему в одном случае мы видим огромное разнообразие растений. Например, в тропическом лесу на 50 гектарах может быть более тысячи видов деревьев. А в средней полосе России только – несколько видов. Почему одни животные или растения вдруг начинают увеличивать свою численность, а численность других уменьшается? Что вообще ограничивает рост численности популяций разных видов? Ведь в любой популяции заложена способность расти бесконечно в геометрической прогрессии. Если взять одну бактерию, которая делится каждые полчаса, то, буквально, через сутки бактерий будет больше миллиона, но только в том случае, если они будут постоянно делиться и не будут погибать. В принципе, любой организм, размножаясь, тоже может достичь необычайно высокой численности и покрыть всю землю. Но этого не происходит. Почему? Ответ совсем простой – еды на всех не хватает.
Чарльз Дарвин в основу своей концепции происхождения видов положил простое свойство: все организмы воспроизводят себе подобных из материала окружающей среды. И количество объектов увеличивается в геометрической прогрессии, пока его не ограничивают. Задача экологии – понять, какие факторы являются ограничивающими, являются ли они общими для всех животных и для всех растений, как они отличаются в разных местах обитания. Почему иногда мы встречаем животных и растения, у которых долгое время сохраняется постоянная численность, а есть виды, численность которых колеблется.
Можно ли процессы, которые происходят в природных экосистемах, свести к формальным моделям? Насколько эти процессы управляемы?
Есть детерминированные процессы, то есть жестко организованные, а есть процессы стохастические, случайные. Есть какое-то их наложение и взаимодействие. Что касается правильных циклов, которые будто бы есть в природе, то я отношусь к этому несколько настороженно. Могу сказать, что резко отрицательно отношусь, например, к так называемым волнам жизни и концепции Чижевского, которая связывает солнечную активность с процессами, происходящими в популяциях животных, популяции человека. На самом деле для таких выводов нет достаточных оснований. Но, видимо, устроены наши мозги человеческие так, что нам приятно, чтобы все было в порядке. И поэтому мысль о том, что существуют некоторые правильные циклы, в которых правильный ритм правит миром, очень нам близка. И поэтому мы стремимся эти правильные ритмы найти.
У меня были длинные беседы с уже покойной, к сожалению, Ольгой Михайловной Кожовой. Она была гидробиологом и работала на Байкале. Ее отец, известный зоолог Кожов, крупнейший исследователь Байкала. Его книжка «Биология озера Байкал» известна во всем мире. На Байкале иногда вдруг происходит вспышка численности водорослей мелозира (Melosira). Это мелкие микроскопические организмы образуют органическое вещество, а затем идет развитие планктонных ракообразных, которые питаются этой водорослью. В одни годы вспышка численности этой мелозиры происходит, а в другие года – нет. Даже гидробиологи говорят – мелозирный год или не мелозирный. А это доминирующая форма и от нее, как от первичной пищи, соответственно, зависит все, что дальше происходит в экосистеме. Это – энергетическая основа, первый пищевой уровень. Этими водорослями питается зоопланктон, а зоопланктоном питаются рыбы.
Я уговаривал Ольгу Михайловну: давайте подробно исследуем один год. Отчего произошла конкретно вот эта вспышка? Измерим концентрацию азота, фосфора и остальные факторы и выясним, почему произошла вспышка. Но так мне и не удалось ее уговорить. А дело в том, что в течение многих лет гидробиологи на Байкале пытались просто поймать некий ритм вспышек милозиры, а дальше искать возможные корреляции этого ритма с внешними воздействиями. И это очень показательно. Вместо того, чтобы понять конкретный механизм, ответственный за повышение и понижение численности, ученые просто хотели поймать некий ритм, связать его с внешними факторами и на этом успокоиться.
Каковы наиболее серьезные достижения науки экологии?
Пожалуй, главное достижение экологии за прошедшее столетие, экология все же наука 20 столетия – это понимание того, как устроена эта живая природа. Мы можем, применяя определенную последовательность методов, понять, почему данные виды животных или растений в данном месте имеют такую численность, а не какую-либо другую. Или почему численность вдруг растет, или почему она начинает снижаться. Что нужно сделать для того, чтобы ее сохранить на определенном уровне. Это важно, когда мы говорим о промысловых рыбах, например, это важно, когда мы занимаемся сохранением редких исчезающих видов. Мы должны понимать, какие механизмами за этим всем стоят. Но экология помимо изучения популяций, помимо изучения конкретных растений, животных, роста их численности, еще занимается потоками вещества и энергии в экосистемах и в биосфере целиком.
Весь кислород, которым мы дышим, имеет биогенное происхождение. Он произошел из-за того, что цианобактерии (Cyanobacteria) поглощали углекислый газ и выделяли кислород, используя для этого энергию солнечного света. Когда идет выделение кислорода в результате фотосинтеза, кислород действительно прибавляется. Но ведь рано или поздно живущие организмы отмирают. Несмотря на то, что огромное количество кислорода создается, например, тропическими лесами, вместе с тем лес остается примерно тем же, масса деревьев не меняется радикально. А это значит, что все то вещество, которое было создано в процессе фотосинтеза, органическое вещество, оно распадается, оно разлагается бактериями и грибами. Бактерии и грибы, особенно в нашей полосе, важны в лесных экосистемах. Они разлагают растительный отпада, стволы упавших деревьев. Но при этом они расходуют весь тот кислород, который был выделен растениями в процессе фотосинтеза. Соответственно, поглощается О2, поглощается кислород и выделяется CO2, выделяется углекислый газ. Это сбалансированные системы. Кислород прибавляется тогда, когда органическое вещество, созданное растением, удаляется из круговорота, не разлагается, а, например, каменеет. То есть в том случае, когда баланс нарушается. Кислород накапливается в результате дисбаланса процессов создания органического вещества растениями и процесса разрушения их другими организмами. Если бы биосфера всегда была сбалансированной кислород бы в ней не появился в нужных количествах. Именно исследованием такого рода баланса и его нарушениями и занимается экология.
