Основи екології - Олійник Я.Б. - 4.7.2. Закони екології Коммонера

Внаслідок великої складності об'єктів вивчення екологи у ній дуже багато законів, принципів та правил. Отже, їх не можна звести до кількох, навіть виділивши серед них найголовніші. Відомий американський еколог Баррі Коммонер у 1974 р. сформулював свій, максимально скорочений та спрощений варіант законів екології. Б. Коммонер висловив песимістичну думку: "Якщо ми хочемо вижити, ми маємо зрозуміти причину катастрофи, що наближається". Закони екології він сформулював у вигляді чотирьох афоризмів:

o Усе пов'язано з усім - це твердження повторює відоме діалектичне положення про загальний зв'язок речей і явищ.

o Усе має кудись подітися - це неформальне перефразування фундаментального фізичного закону збереження матерії.

o Природа знає краще - це положення розпадається на дві відносно незалежні тези: перша пов'язується з гаслом "назад до природи"; друга - із закликом до обережності у спілкуванні з нею.

o Ніщо не дається задарма - цей екологічний закон нібито "об'єднує" три попередні.

Перший закон "Усе пов'язано з усім" звертає увагу на загальний зв'язок процесів і явищ в природі і людському суспільстві. За значенням він близький до закону внутрішньої динамічної рівноваги: зміна одного з показників системи, як правило, викликає структурно-функціональні кількісні та якісні зміни; при цьому сама система зберігає загальну суму речовинно-енергетичних якостей.

Екологія розглядає біосферу нашої планети як складну систему з багатьма взаємопов'язаними елементами. Ці зв'язки реалізуються за принципами зворотного негативного зв'язку (наприклад, у системі "хижак - жертва"), прямих зв'язків, а також завдяки різноманітним взаємодіям. За рахунок цих зв'язків формуються гармонійні системи кругообігу речовин та енергії. Будь-яке втручання в роботу збалансованого механізму біосфери викликає відповідь одразу за багатьма напрямами, що робить прогнозування в екології надзвичайно складною справою.

Наведемо типовий приклад. У водній екосистемі для кожної біологічної ланки характерна своя швидкість реакції, яка залежить від швидкості метаболічних процесів і розмноження відповідних організмів. Для появи нового покоління риб необхідні декілька місяців, водоростей - декілька днів, бактерії-розкладачі здатні розмножуватися за декілька годин. Швидкість метаболізму цих організмів (тобто швидкість, з якою вони засвоюють поживні речовини, використовують кисень або продукують відходи життєдіяльності), пов'язана зворотною залежністю з їхніми розмірами. Тобто, якщо швидкість метаболізму риби прийняти за одиницю, то для водоростей ця швидкість буде дорівнювати близько 100, а для бактерій - близько 10 000 одиницям.

Для того, щоб уся циклічна система залишалася у рівновазі, необхідно, щоб загальна швидкість її внутрішніх процесів керувалася найбільш повільною ланкою, у нашому випадку - ростом і метаболізмом риб. Будь-який зовнішній вплив, що прискорює частину циклу і тим самим примушує якусь одну частину працювати швидше, ніж система у цілому, призводить до несприятливих наслідків. Якщо система перебуває у рівноважному стані, кисень продукується водоростями і надходить з атмосфери. Припустімо, що швидкість надходження у систему органічних відходів різко зросла (наприклад, за рахунок скидання стічних вод - бактерії збільшили свою активність, у результаті швидкість споживання кисню бактеріями-розкладачами може перевищити швидкість його продукування водоростями (а також швидкість його надходження з атмосфери), тоді вміст кисню у воді наблизиться до нуля, і система загине.

Б. Коммонер писав: "Все це є наслідком простого факту: усе пов'язано з усім. Система стабілізується завдяки своїм динамічним властивостям; ці ж самі властивості під впливом зовнішніх навантажень можуть призвести до драматичного наслідку: складність екосистеми та швидкість її кругообігу визначають ступінь навантаження, яке вона може витримати, тобто невелике зрушення в одному місці може викликати віддалені, значні і довготривалі наслідки".

І природа, і суспільство перебувають у єдиній мережі системних взаємодій. Будь-яка зміна у природі, спричинена людиною, викликає ланцюг наслідків - порушення однієї ланки цього ланцюга призводить до відповідних порушень в інших ланках. Біосфера Землі є рівноважною екосистемою, у якій всі окремі ланки взаємозалежні і доповнюють одна одну. Порушення якої-небудь ланки спричиняє зміни в інших ланках. Наприклад, одним з наслідків втручання людини у природу стало зникнення видів і зменшення видової розмаїтості.

Другий закон "Все мусить кудись подітися" близький до розглянутого вище, а також до закону розвитку природної системи за рахунок навколишнього середовища. Цей закон є неформальним перефразуванням фундаментального закону фізики - матерія нікуди не зникає. Його можна назвати законом збереження маси речовини, і він є однією з найважливіших вимог раціонального природокористування. На відміну від суспільного виробництва і побуту жива природа в цілому майже безвідходна - у ній немає сміття. Вуглекислий газ, який виділяють тварини як відходи дихання, є поживною речовиною для зелених рослин. Рослини "викидають" кисень, котрий використовується тваринами. Органічні рештки тварин слугують їжею для редуцентів, а вже їх відходи (неорганічні речовини - азот, фосфор, вуглекислий газ) стають їжею для водоростей. Тобто в природі продукти життєдіяльності одних організмів є "сировиною" для інших. Це свідчить про високий рівень замкнутості кругообігу речовин у біосфері.

На прикладі біологічного кругообігу видно, як рештки і продукти життєдіяльності одних організмів є у природі джерелом існування для інших. Людина поки ще не створила такого гармонійного кругообігу в своїй господарській діяльності. Будь-яке виробництво постійно виробляє принаймні дві речі - необхідну продукцію та відходи. Відходи самі собою не зникають: вони нагромаджуються, знову втягуються у кругообіг речовин і призводять до непередбачених наслідків. Технологічні відходи суспільства часто "не вписуються" у природні екосистеми, вони нікуди не зникають і стають забрудниками. З погляду живої природи людство виробляє в основному сміття й отруту. Будь-яке забруднення природи повертається до людини у вигляді "екологічного бумеранга".

На тлі цього народжуються "сміливі" проекти утилізації наших відходів, особливо радіоактивних, наприклад у Космосі, на інших планетах, пропонують навіть відправляти їх на Сонце. На щастя, у цих проектів є багато опонентів, адже другий закон Коммонера ніхто не скасовував. Ми поки ще навіть не уявляємо, якими можуть бути конкретні механізми "екологічного бумеранга" у випадку спроби "забруднити" Сонце. Краще навіть не намагатися. Отже, ніщо в природі не зникає, а лише переходить із однієї форми існування матерії в іншу.

Третій закон "Природа знає краще" вказує на те, що доки немає абсолютно достовірної інформації про механізми і функції природи, люди майже неминуче шкодять природним системам. Б. Коммонер для кращого розуміння цього закону проводив аналогію: коли людина, не знайома з будовою годинника, бажає його полагодити, годинник навряд чи запрацює. Будь-яка спроба навздогад змінити будь-що приречена на невдачу. Закон Коммонера у цьому випадку можна перефразувати так: "годинникар знає краще". Подібно до годинника живий організм, на який впливають "сліпі" випадкові зміни, майже напевно буде не поліпшений, а зламаний.

"Живе складається з багатьох тисяч різноманітних органічних сполук, - писав Б. Коммонер, - і часом здається, що принаймні деякі з них можуть бути поліпшені, якщо їх замінити якимось штучним варіантом природної субстанції. Третій закон екології стверджує, що штучне введення органічних речовин, які не існують у природі, а створені людиною, але беруть участь у живій системі, швидше за все завдасть шкоди". Одним із найдивовижніших фактів у хімії живих речовин е те, що для будь-якої органічної субстанції, виробленої живими істотами, в природі є фермент, здатний цю субстанцію розкласти. Тому, коли людина синтезує нову органічну сполуку, яка за структурою значно відрізняється від природних речовин, цілком імовірно, що для неї немає розкладального ферменту, і ця речовина накопичуватиметься у природі.

Тому цей закон закликає до обережності у взаємовідносинах з природою. Недаремно сам Б. Коммонер через два роки доповнив формулювання цього закону: "Природа знає краще, що робити, а люди повинні вирішувати, як зробити це якомога краще".

Людство пройшло набагато коротший шлях розвитку, ніж біосфера Землі. За багато мільйонів років існування біосфери повністю сформувалися зв'язки та механізми її функціонування. Необдумане, безвідповідальне втручання людей у природу може призвести (і призводить) до знищення окремих зв'язків між ланками екосистем і до неможливості повернення екосистем у первісний стан. Людина, самовпевнено бажаючи "поліпшити" природу, порушує хід природних процесів. Дійсно, у природі все дуже доцільне і функціональне. І це можна зрозуміти, адже у неї було достатньо часу, щоб відкинути всі невдалі варіанти і залишити тільки вивірені.

У 1991 р. група американських дослідників проводила експеримент, що отримав назву "Біосфера-2". У пустельному районі штату Аризона було споруджено комплекс ізольованих від зовнішнього середовища приміщень зі скляним дахом і стінами (ззовні надходила тільки сонячна енергія), у яких створено п'ять з'єднаних одна з одною екосистем: вологий тропічний ліс, савана, пустеля, болото і море (басейн завглибшки 8 м з живим кораловим рифом).

У "Біосферу-2" було переселено 3800 представників фауни і флори, причому основним критерієм їх відбору була користь, яку вони могли приносити людям (споживатись як їжа, очищувати повітря, давати ліки та ін.). У "Біосферу-2" було внесено й техносферу, що мала житлові та робочі приміщення, розраховані на вісім чоловік, спортзал, бібліотеку, город і численне технічне обладнання (дощувальні установки, насоси для циркуляції води й повітря, комп'ютер із безліччю датчиків, який мав вести моніторинг життєво важливих параметрів комплексу).

Метою експерименту, розрахованого на два роки, було створення замкненої екосистеми, своєрідної міні-біосфери, яка б функціонувала на основі самозабезпечення і була незалежною від "Біосфери-1" (так автори називали біосферу Землі). У цю мі-ні-біосферу мала б органічно увійти мінітехносфера з дослідниками. Автори мріяли досягти штучно підтримуваного в системі гомеостазу, тобто стабільності основних життєво важливих параметрів (температури, вологості тощо). Відходи біоти однієї екосистеми мали слугувати ресурсами для іншої.

Проект був покликаний здійснити (хай і в невеликому масштабі) мрію В.І. Вернадського про перехід до керування людиною всіма процесами в біосфері.

Експеримент закінчився невдало: менш як за півроку дослідників евакуювали з "Біосфери-2" назад, до рідної "Біосфери-1". Бажаного управляння процесами та збалансованості техносфери і "Біосфери-2" досягти не змогли; більше того, основні параметри системи, зокрема вміст у повітрі вуглекислого газу, склад мікроорганізмів у ґрунті тощо, вийшли з-під контролю. Коли вміст С02 в повітрі досяг небезпечного для здоров'я людей рівня і жодними способами знизити його не вдалося, експеримент був припинений.

Крах експерименту "Біосфера-2" наочно довів, що повна збалансованість усіх процесів, кругообіг речовин та енергії, підтримання гомеостазу можливі лише в масштабах Землі, де ці процеси відпрацьовувалися протягом багатьох мільйонів років. І ніякі комп'ютери не спроможні перебрати на себе керівництво системою, складність якої набагато вища за їхню власну. Підтвердилася також справедливість принципу, сформульованого математиком Дж. Нейманом: "Організація системи нижче від певного мінімального рівня призводить до погіршення її якості".

Отже, як усеосяжне керування "Біосферою-1", так і створення штучних біосфер типу "Біосфери-2" сьогодні (і у найближчому майбутньому) не до снаги людині. Зусилля людства мають бути спрямовані на збереження загальнопланетної біосфери - дуже складної, збалансованої системи, стійкість якої нині порушується техносферою. Нам необхідно намагатися не "перебирати на себе керівництво біосферою", а діяти так, щоб "не заважати природі", яка, за законом Б. Коммонера, "знає краще".

Трагічний егоцентризм у крайньому своєму вияві висловлений відомим селекціонером 30-х років XX ст. В.І. Мічуріним: "Ми не можемо чекати мил остей від природи; взяти їх у неї - наше завдання". Діяльність людини тільки тоді буде виправдана, коли мотивація її вчинків буде визначатися в першу чергу тією роллю, для виконання якої вона була створена природою, коли потреби природи будуть мати для людини більше значення, ніж особисті. Людство повинне навчитися жити у гармонії з природою.

Четвертий закон "За все треба платити, або ніщо не дається задарма" знов торкається тих проблем, які узагальнюють закон внутрішньої динамічної рівноваги і закон розвитку природної системи за рахунок її оточення. Б. Коммонер так пояснював цей закон: "...Глобальна екосистема є єдиним цілим, у межах якого нічого не може бути виграно або втрачено і яке не може бути об'єктом загального поліпшення: все, що було витягнуте з неї людською працею, повинно бути відшкодовано. Платежу за цим векселем не можна уникнути; він може бути тільки відстрочений. Нинішня криза навколишнього середовища говорить лише про те, що відстрочка дуже затягнулася". І доповнив: "Ми розімкнули коло життя, перетворивши його у незліченні цикли, у лінійні ланцюги штучних подій".

Четвертий закон підтверджує: природні ресурси не нескінченні. Людина в процесі своєї діяльності бере у природи в "борг" частину її продукції, залишаючи під заставу ті відходи і забруднення, яким не може чи не хоче запобігти. Цей борг зростатиме доти, доки існування людства не опиниться під загрозою і люди сповна не усвідомлять необхідність усунення негативних наслідків своєї діяльності. А це усунення потребуватиме дуже великих затрат, які й стануть сплатою цього боргу. Справді, нерозумна експлуатація природних ресурсів і природних благ загрожує розплатою, що прийде рано чи пізно.

На сучасному етапі розвитку науки і техніки людство, здається, вже менше залежить від природи, але залежність ця збереглася, і не просто збереглася, а ускладнилася, оскільки змінилася тільки відносна роль законів природи. Людство, як і раніше, залежить від енергетичних, мінерально-сировинних, біологічних, водних та інших природних ресурсів. Тому закони екології Баррі Коммонера, так само, як і всі інші дуже важливі закони, що відображають загальні системні закономірності функціонування та розвитку об'єктивної реальності, слід пам'ятати і враховувати у своїй повсякденній діяльності.