Самкова В.А. Из истории зарождения и развития экологии

 
В.А.САМКОВА, кандидат педагогических наук, Москва
 
 
Из истории зарождения и развития экологии
 
 
Современная экология изучает закономерности взаимодействия различных биологических систем (от организма до биосферы) со средой обитания. При этом учитываются и те изменения, которые привносит в окружающую среду человек. Чтобы ответить на вопрос, что же представляет собой экология в настоящее время, следует обратиться к истокам ее зарождения и проследить основные этапы развития. Вот как писал об этом В.И.Вернадский:

«История науки и ее прошлого должна критически составляться каждым научным поколением и не только потому, что меняются запасы наших знаний о прошлом, открываются новые документы или находятся новые приемы восстановления былого. Нет! Необходимо вновь научно перерабатывать историю науки, вновь исторически уходить в прошлое, потому что благодаря развитию современного знания в прошлом получает значение одно и теряет другое. Каждое поколение научных исследователей ищет и находит в истории науки отражение научных течений своего времени. Двигаясь вперед, наука не только создает новое, но неизбежно переоценивает старое, пережитое. Уже поэтому история науки не может являться безразличной для всякого исследователя. Натуралист и математик всегда должны знать прошлое своей науки, чтобы понимать ее настоящее. Только этим путем возможна правильная и полная оценка того, что добывается современной наукой, что выставляется ею как важное, истинное или нужное» (Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. — М., 1981. — С. 218.)

Генеалогическое древо экологии: корни, ствол и крона олицетворяют три основных этапа становления и развития этой науки.

Первый этап («корни») — накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Среди ученых и философов этой эпохи особое место принадлежит древнегреческому философу Аристотелю Стагирскому (Стагиритскому) (Aristotcles).

«Самая всеобъемлющая голова среди ученых античного мира» — так писал об Аристотеле Ф, Энгельс. Родился Аристотель во Фракии (г. Стагира) в семье эскулапа. Семнадцатилетним юношей перебрался в Афины и поступил в Академию Платона, в которой провел двадцать лет. В 343 г. по приглашению македонского царя Филиппа II стал воспитателем его сына Александра, будущего знаменитого полководца. В 335 г. вернулся в Афины и основал свою философскую (Перипатетическую) школу — Ликей, которая просуществовала без малого 800 лет.
После смерти Александра Македонского Аристотелю пришлось покинуть Афины, а еще год спустя он умер. Среди многочисленных трудов Аристотеля — «Метеорологика», одна из первых книг по физической географии, представляющая собой вершину географической мысли античной науки. Отстаивая свое учение о шарообразности Земли, Аристотель приводит в качестве доказательства лунные затмения, когда тень, отбрасываемая Землей, имеет отчетливо выраженную круглую форму. Он впервые высказал мысль о том, что наличие климатических поясов Земли обусловлено ее шарообразной формой и является следствием неравномерного нагревания ее поверхности, зависящего от угла падения солнечных лучей. Сочинения Аристотеля «О метеорологических вопросах», «О небе», «О главных законах природы» содержат сведения о непрерывном характере изменений земной поверхности, о фито- и зоогеографии. В трактате «О возникновении животных» Аристотель описывает и классифицирует около 500 видов представителей земной фауны. В «Истории животных» он разделил известных ему животных на группы на основании особенностей их местообитания, характера питания, способов передвижения и других признаков.
 
В Средние века интерес к изучению природы ослабел. Знания древних получили дальнейшее развитие лишь в самом конце Средневековья, в эпоху Возрождения. «Веком естествознания» по праву называют XIX столетие, первая половина которого ознаменовалась появлением биогеографии и проведением крупномасштабных географических и ботанических исследований в природе. Именно этот период знаменует начало второго этапа развития экологии.

Неоценимый вклад в науку внесли труды великого немецкого естествоиспытателя и путешественника Александра Гумбольдта, заложившего основы географии растений.
Александр Гумбольдт родился в Берлине в семье придворного саксонского курфюрста. Восемнадцати лет поступил на камеральный факультет университета во Франкфурте-на-Одере, где стал изучать ботанику. Свой выбор позднее он объяснит так: «В живой природе бесполезно лежат необозримые ресурсы, разработка которых должна дать пропитание и занятость тысячам людей». В 1789 г. Гумбольдт продолжил образование в Геттингенском университете, а затем в Гамбургской торговой и Фрейбергской горной академиях. Большую роль в формировании личности и научного мировоззрения Гумбольдта сыграло его знакомство с выдающимся немецким естествоиспытателем Г. Форстером, спутником Д. Кука в его втором кругосветном плавании. Вдвоем с Форстером Гумбольдт отправляется путешествовать в Голландию, Англию, Францию. По-видимому, не без влияния Форстера он становится слушателем Фрейбургской горной академии. По окончании ее он в должности обербергмейстера инспектирует рудники, обследует месторождения полезных ископаемых, руководит чугунно-литейным производством, много ездит по стране. В эти годы он близко сошелся с И. В. Гёте. Позднее между ними произошла размолвка, на долгие годы сделавшая их идеологическими противниками. Это, впрочем, не помешало Гёте глубоко уважать своего оппонента: «Его трактовка геологии совершенно невозможна для меня. Но я восхищаюсь им... Гумбольдт — это академия».

В июле 1799 г. в сопровождении французского ботаника Э. Бонплана Гумбольдт на испанском Фрегате «Пизарро» отплыл из порта Корунья к берегам Нового Света. Началось его многолетнее «научное открытие Америки». Гумбольдт побывал на Кубе, обследовал побережье и глубинные районы Северной и Южной Америки, пробирался сквозь удушливые тропические леса, плыл по бурным, кишащим крокодилами и пираньями рекам, мерз на снежных вершинах, спускался в огнедышащие кратеры вулканов, наблюдал землетрясения и метеоритные дожди. Результатом его наблюдений и исследований стал 30-томный труд «Путешествие по тропическим областям Нового Света в 1799-1804» (1807-1834), принесший автору мировую славу.

В1829 г. по приглашению русского правительства Гумбольдт совершил длительную поездку по Сибири и Уралу и по возвращении из России приступил к работе над фундаментальным сочинением, о котором пять лет спустя скажет: «Я начинаю печатание моей книги — дела всей моей жизни. Я имею безумное намерение изобразить весь материальный мир ...от туманных звезд до мхов на гранитных скалах ...в одной книге, написанной живым, действующим на чувства языком. Она должна изобразить эпохи в развитии человечества, в познании им природы. Сначала я хотел назвать ее «Книга природы». Потом я выбрал «Космос». Пусть в этом слове есть аффектация, но зато она разом изображает небо и землю». Гумбольдт успел выпустить четыре тома «Космоса». Работу над пятым томом прервала смерть.

Он прожил долгую, плодотворную жизнь. Создал поистине необозримое количество работ, относящихся практически ко всем отраслям человеческих знаний. Его именем названы горы в Центральной Азии, озеро и река в штате Невада, город и залив в Калифорнии, ледник в Гренландии, морское течение вдоль берегов Перу, горы в Австралии, Новой Гвинее, Новой Зеландии, кратер на Луне, минерал, несколько видов трав, кустов и деревьев.
 
Одним из основоположников экологии животных, изучающей и объясняющей жизнь животных, их сложные взаимоотношения с окружающим миром, был русский биолог-естествоиспытатель и эволюционист, профессор Московского университета Карл Францевич Рулье (1814-1858). Его основной труд — «О влиянии наружных условий на жизнь животных».
 
Вторая половина XIX столетия известна именами англичан Ал ьф ре да Уоллеса и Чарльза Дарвина, изучавших взаимоотношения живых существ и их разнообразные связи с неорганическими компонентами среды («борьба за существование»), а также немецкого ученого Эрнста Геккеля. Труды этих ученых положили начало третьему этапу развития экологии. Эрнст Геккель (1834—1919) — выдающийся немецкий биолог, зоолог, философ, сторонник и пропагандист учения Ч.Дарвина, профессор Йенского университета. Именно Э. Геккель ввел в науку широкое использование термина «экология». Вместе с тем в данном случае не всё так однозначно, как пишут школьные учебники.
 
Начнем с того, что экология как наука формировалась в системе биологического знания. Эрнст Геккель в 1866 г. определил сферу этой области знаний как «...изучение всех сложных взаимоотношений, которые Чарльз Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование». Р. Штауфер (1910), внимательно изучивший работы Дарвина, в том числе и неопубликованные, пришел к выводу, что на его экологические воззрения большое влияние оказали работы Чарльза Лайеля, который, в свою очередь, находился под влиянием диссертации Карла Линнея «Экономика природы» (1749). Вывод Р. Штауфера сформулирован в следующих словах: «Итак, в очерках Линнея мы находим первичное, но исполненное смысла представление об экологии, изложенное в духе XVIII в. Хорошо известные темы, изложенные в примитивной форме у К. Линнея, снова повторяются Лайелем, а затем преобразуются Дарвином для живых существ в его теории эволюции. Экономика природы представлена в виде циклов распространения, сохранения и разрушения. Равновесие популяций поддерживается природой посредством контроля над увеличением численности, обязательно включающего борьбу за существование. Наивная теология Линнея уступила место агностицизму Дарвина, но фактическое содержание и значение экологии как науки возросло» ( Ушман Г. Определение Эрнстом Геккелем понятия «экология» // Очерки по истории экологии. — 1970. — С. 11.).

Попытки осознать научное содержание экологии предпринимались и до Э. Геккеля. Применялся до Геккеля и сам термин «экология» Так, в письме Генри Торо, адресованном своему родственнику (1858), сказано: «Мистер Гоар все еще в Конкорде, занимается ботаникой и экологией, намереваясь поселиться в наиболее для него подходящей части страны». Сказанное не умаляет заслуг Э. Геккеля, так как благодаря ему понятие получило широкое распространение. Самым же главным является то, что впервые достаточно отчетливо был сформулирован предмет этой науки: изучение взаимосвязей живых организмов с окружающим миром.

К этому же периоду относятся и труды Василия Васильевича Докучаева (1846—1903) — выдающегося русского естествоиспытателя, географа, геолога, профессора Петербургского университета. В.В. Докучаев разработал учение о почвах и заложил основы новой физической географии как науки, изучающей взаимодействие компонентов природы и учитывающей взаимное влияние природы на человека и общества на природу.

После Э.Геккеля началось, хотя и достаточно медленное, внедрение экологии в научную практику. В самом конце XIX в. и в первые годы XX в. ботаники К. Шретер и О. Кирхнер (1896, 1902) вводят понятия аутэкологии и синэкологии. В 1913 г. в США опубликована первая сводка по экологии, содержащая многочисленные факты, обобщения, а также библиографию в 500 наименований. Ее автор, Ч. Эдамс, отмечал: «...может показаться, что биология и экология являются синонимами. Но в дальнейшем становится видно, что экология имеет дело с фундаментальной биологической проблемой — отношением организмов к их среде».

Все дальнейшие попытки определить предмет экологии, предпринятые различными исследователями, так или иначе вращаются вокруг разных аспектов взаимосвязей живых организмов и окружающей их среды. Приведем лишь некоторые из них:

«Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей средой как органической, так и неорганической, и прежде всего — его дружественных и враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология — это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование» (Э.Геккель, 1866).
 
«Экология рассматривает не только отношения между организмами в сообществе, состоящем из разных видов, но также и отношения каждого вида к окружающей его среде как к целому и к каждому из условий, которые составляют среду»  (В. Шелфорд, 1929).
 
 «Основная задача экологии — изучение популяций и динамики их численности»  (Ч. Элтон, 1930).
 
«...содержанием экологии является изучение взаимоотношений организма (вида) со средой его обитания, изучение приспособлений и противоречий между особенностями вида и элементами этой среды, именуемыми факторами»  (Д.Н. Кашкаров, 1938).
 
«Взаимодействие организмов со средой изучается каждой биологической наукой в своей области. Экология имеет дело лишь с той ее стороной, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику образуемых ими популяций отдельных видов и, наконец, структуру и динамику сообществ разных видов»  (Н.П. Наумов, 1963).
 
«Предмет экологии — это совокупность или структура связей между организмами и их средой» (Ю. Одум, 1975).
 
«Экология — это наука, подводящая фундамент под естественную историю и вместе с тем пытающаяся ее объяснить» (М.Бигон, 1989).
 
Приведенные определения лишь в небольшой степени отражают то разнообразие взглядов на экологию, которое существует после Э.Геккеля. Удивительно не само это разнообразие определений, а тот факт, что в основе каждого из них лежит та или иная интерпретация мысли, сформулированной Э.Геккелем.
 
Неудовлетворенность геккелевским определением экологии связана с расширением ее поля деятельности, идущим в двух направлениях:
1. Включением в систему природных закономерностей человека как экологического фактора, отличающегося сильно выраженной комплексностью действия как на биоту, так и на косную материю. Антропогенное воздействие настолько своеобразно, что дает основу формирования целой серии наук, таких, как созология, геогигиена, социальная экология и т.д., где дается своя трактовка понятия экологии.
2. Включением в экологию учения о биосфере как предельного представления Земли в виде экосистемы, что сразу же дает основания расширить экологию до науки о строении и функциях Природы в целом.
Оба направления в конечном итоге сливаются в сформулированном В.И.Вернадским представлении об эволюции биосферы в ноосферу, где антропогенный фактор является решающим. Важно то, что расширение поля деятельности экологии не меняет принципиально сути определения, данного Э.Геккелем. Поэтому, по образному выражению биолога и эколога С.В. Комова, «может и не стоит больше изощряться в попытках уточнения того или иного аспекта экологии, а принять геккелевское определение, сформулировав его в более отчетливой форме?».

Экология — наука, изучающая взаимоотношения живых организмов (включая человека) с окружающей их средой.

Из этого определения следует, что в экологии любые природные тела, процессы, явления всегда представлены в виде двух (как минимум) взаимодействующих частей: живого и его окружения. Артур Джордж Тэнсли в 1935 г. предложил называть это единство экосистемой. Понятием «экосистема» он использовал для обозначения однородного участка земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (атмосфера, почва, солнечная энергия и т.д.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обмен веществом, энергией и информацией).

Близкий по смыслу термин «биогеоценоз» ввел Владимир Николаевич Сукачёв (1880-1967) — российский, советский геоботаник, лесовод, географ. Под биогеоценозом он понимал участок территории, однородный по экологическим условиям, занятый одним биоценозом. В этом смысле понятие «биогеоценоз» близко понятию «экосистема», которое использовал А. Тэнсли.

Можно считать, что с этого момента в экологии появилось основное понятие, по своему значению равное понятию вида в биологии, ландшафта в географии, атома в физике, молекулы в химии. Особенности этого понятия, следствия, вытекающие из представлений природных тел, процессов, явлений в виде экологической системы (экосистемы), имеют исключительное мировоззренческое значение.

Значительный вклад в развитие экологии внес Карл Август Мёбиус (1825-1908) — немецкий зоолог, профессор зоологии Университета в Киле, директор Музея естественной истории в Берлине. К. Мёбиус является автором концепции «биоценоза» как сообщества организмов, в котором «пространство и питание являются самыми первыми основами...».

Вернадский Владимир Иванович (1863-1945) — русский, советский ученый, основатель биогеохимии, радиогеологии. Создатель учения о биосфере и ее эволюции, о мощном воздействии человека на окружающую среду и о преобразовании современной биосферы в ноосферу — сферу разума.

Таким образом, двадцатые-сороковые годы XX столетия по праву считаются «золотым веком» экологии.
В наше время экология стала одной из наиболее стремительно развивающихся наук. В ее «кроне» появляются все новые и новые «ветви» — взаимодействие экологии с другими науками открывает новые направления исследований. Экология самым тесным образом связана как с науками естественно-математического цикла, так и различными общественно-гуманитарными дисциплинами. Так появились палеоэкология и историческая экология, экология человека и социальная экология, экология города и космическая экология. Рассмотрим эти взаимосвязи более подробно.
 
Биология и экология:
• живое вещество; живые (биологические) системы;
• особенности строения и функционирования живых систем различного уровня;
• биологические методы изучения живых систем;
• биотехнологии;
• биологическое загрязнение окружающей среды (биотическое, микробиологическое, продукты генной инженерии и др.).

Физика и экология:
• энергия, превращение энергии, поток энергии;
• физические факторы среды;
• физические свойства различных сред жизни;
• физические методы изучения и контроля состояния окружающей среды;
• физическое загрязнение окружающей среды (тепловое, шумовое, радиоактивное, электромагнитное, световое).

Химия и экология:
• вещество, превращение вещества, круговорот веществ;
• химические факторы среды;
• химические свойства различных сред жизни;
• химические методы изучения и контроля состояния окружающей среды;
• химическое загрязнение окружающей среды (химические вещества, аэрозоли, тяжелые металлы, пестициды и др.).

География позволяет изучить зависимость различных природных сообществ от климатических условий; установить закономерности распространения живых организмов на нашей планете.

Астрономия и экология:
• космическое воздействие на биосферу (Солнце, Луна);
• суточные, сезонные и иные ритмы.

Экология тесно связана с математикой и информатикой, что нашло отражение в развитии направлений:
• изучение математических закономерностей в строении живых организмов;
• математическое моделирование экологических систем и процессов;
• изучение информационного обмена живых систем различного уровня и окружающей среды.
 
Экология тесно связана и с такими областями человеческого знания, как история и обществознание, экономика, социология, демография, психология. Так, в частности, историческая экология помогает лучше понять истоки современных проблем, например, проблемы глобального потепления. Вот небольшой исторический экскурс.

Первая в истории человечества империя Аккад была основана около 4300 лет назад в Междуречье. Империя процветала, но недолго, не больше века, а затем вдруг прекратила свое существование. До недавнего времени считалось, что причины, которые привели к ее гибели, были исключительно политическими. Однако десять лет назад ученые обнаружили, что гибель Аккада приходится на тот момент, когда в регионе резко сократилось количество осадков. Это открытие легло в основу другой версии: причиной падения Аккада была страшная засуха.

Есть и другие цивилизации, упадок которых сейчас объясняют изменением климата: египетское Древнее царство, исчезнувшее в то же время, что и Аккад; империя Тиванаку у озера Титикака в Андах, процветавшая более тысячи лет, пока к 1100 г. нашей эры не истощились возделываемые там земли; культура майя, прекратившая существование на пике своего расцвета около 800 г. нашей эры.
 
Особенно велика роль взаимодействия экологии с гуманитарными и обществоведческими дисциплинами при изучении и поиске решения экологических проблем, связанных с ростом населения планеты. Человечество — единственный вид, численность которого неудержимо растет. Рост человеческой популяции зависит, прежде всего, от источников питания. На рост популяции людей оказывают влияние и социальные факторы. Так, именно в связи с промышленной революцией в Европе и Северной Америке в конце XIX — начале XX в. произошло резкое увеличение численности населения. В настоящее время она там стабилизировалась. Стремительный рост населения в развивающихся странах Азии, Африки, Южной и Центральной Америки имеет много причин. Сохранению высокой рождаемости в развивающихся странах способствуют, прежде всего, нищета и неграмотность, сохраняющиеся традиции и религиозные установки, дешевизна детского труда, отсутствие пенсионного обеспечения в старости.

В конце XX — начале XXI в. каждое десятилетие прибавляет к общей численности еще 1 млрд человек. В конце 1992 г. население Земли составляло 5,6 млрд человек, а в 2000 достигло 6,1 млрд человек. По оценкам ООН, к 2100 г. население Земли составит от 11,2 до 12,6 млрд человек, а затем стабилизируется. Однако это только прогноз.

«Мирное» развитие экологии нарушилось в XX в., когда человечество столкнулось с глобальными негативными последствиями своей собственной деятельности. Попытка решить возникшие проблемы традиционным путем, т.е. простым перераспределением материальных и финансовых ресурсов, не привела к желаемому результату. К концу 60-х гг. человечество осознало, что столкнулось с проблемами, решение которых требует переоценки существующего мировоззрения. Достижения науки и технический прогресс облегчали жизнь человека и делали ее более привлекательной, но они в конечном итоге привели ко многим нежелательным последствиям, в том числе к отрицательным воздействиям на окружающую среду. Сегодня это воздействие приобрело глобальный характер, породив целый комплекс глобальных проблем человечества. Становится очевидной необходимость коренных изменений общемирового масштаба. Человечество ищет пути к устойчивому развитию общества в гармонии с природой. В этой ситуации именно экология оказалась той самой наукой, которая «тихо и мирно» занималась описанными проблемами, решая их для частных случаев отдельных видов растений, животных, микроорганизмов.
 
В последние годы проблемой № 1 всё чаще называют глобальное потепление — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана. Научное мнение заключается в том, что средняя температура на Земле поднялась на 0,7°С по сравнению со временем начала промышленной революции (со второй половины XVIII в.) и что «большая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких, как углекислый газ (С02) и метан (СН4).
 
Помимо повышения уровня Мирового океана повышение глобальной температуры также приведет к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы, такие, как наводнения, засухи, ураганы и другие, понизится урожай сельскохозяйственных культур и исчезнут многие биологические виды.

Несмотря на имеющиеся противоречия по взглядах на причины глобального потепления, опасность глобальной катастрофы признали правительства развитых стран мира. Для того чтобы предсказать ожидающие нас климатические изменения, ученые опираются на довольно сложные математические модели. А модели строят на основе того, что уже наблюдалось в предшествующие годы и на понимании взаимосвязей физических процессов, происходящих на поверхности нашей планеты. Нужно знать, к примеру, как связаны между собой содержание в атмосфере парниковых газов и температура или как от температуры зависит состояние крупнейших ледников (а они могут не только таять при потеплении, но и нарастать, например, в центральных районах Гренландии и Антарктиды, поскольку там начинает выпадать больше осадков). Состояние ледников, в свою очередь, прямо сказывается на уровне Мирового океана. Чем больше воды на планете связано во льдах, тем ниже уровень океана.
 
Сопоставить предсказания моделей, предложенных в 1990-е гг., с тем, что действительно произошло за последние 15 лет, решила группа ученых из разных стран. Результаты сопоставления реальности с модельными расчетами приводят к заключению, что к научным прогнозам изменения климата следует отнестись со всей серьезностью. Динамика изменения содержания углекислого газа в атмосфере была предсказана достаточно точно. Что касается повышения уровня Мирового океана, то действительность оказалась еще более угрожающей, чем прогноз.
 

Самкова, В.А. Из истории зарождения и развития экологии // Биология для  школьников. – 2011. – № 2. – С. 32-39