Приложение законы, правила и принципы экологии, рационального природопользования и охраны природы [12]

Аксиома адаптированности Ч. Дарвина: каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования.

Биогенетический закон (Э. Геккеля и Ф. Мюллера): каждая особь на ранних стадиях онтогенеза повторяет некоторые основные черты строения своих предков, иначе говоря, онтогенез (индивидуальное развитие) есть краткое повторение филогенеза (эволюционного развития).

Закон (закономерность) растущего плодородия (урожайности): агротехнические и других прогрессивные приемы ведения сельского хозяйства, появляющиеся в практике земледелия, ведут к увеличению урожайности (само плодородие как свойство почв не увеличивается).

Закон (закономерность) снижения природоемкости готовой продукции: удельное содержание природного вещества в усредненной единице общественного продукта исторически неуклонно снижается. Это не означает, что вовлекается меньше природного вещества в процесс производства. Наоборот, его количество увеличивается – выбрасывается до 95 – 98 % потребляемого в производстве природного вещества. Однако в конечных аналогичных продуктах общественного производства, вероятно, в наши дни усредненно меньше природного вещества, чем в отдаленном прошлом. Объясняется это миниатюризацией изделий, заменой естественных материалов и продуктов синтетическими, сменой вещественных отношений информационными (например, вместо поездки за информацией – сначала письма, затем телеграф, радио, телевидение, интернет) и другими явлениями. Поскольку точных расчетов пока не сделано (методически они затруднительны), этот закон имеет характер экспертного умозаключения.

Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.

Закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

Закон генетического разнообразия: все живое генетически различно и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности. Двух генетически абсолютных особей (кроме однояйцовых близнецов, немутирующих клонов, вегетативных линий и немногих других исключений), а тем более видов живого в природе быть не может.

Закон давления среды жизни, или ограниченного роста (Ч. Дарвин): имеются ограничения, препятствующие тому, чтобы потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, заполонило весь земной шар.

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.

Закон киральной чистоты (Л. Пастера): живое вещество состоит из кирально чистых структур, т.е. несовместимых со своим зеркальным изображением. Например, белки построены только из «левых» (левовращающих – поляризующих свет влево) аминокислот, нуклеиновые кислоты состоят только из «правых» (правовращающих – поляризующих свет вправо) оснований. Киральная чистота свойственна только живому веществу. В неживой природе химические реакции приводят к киральной симметрии – «левых» и «правых» молекул образуется поровну.

Закон константности количества живого вещества биосферы (В.И. Вернадского): количество (биомасса) живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Согласно этому закону любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за собой такую же по размеру его перемену в каком-либо регионе, но с обратным знаком.

Закон корреляции (Ж. Кювье): в организме, как целостной системе, все его части соответствуют друг другу как по строению (закон соподчинения органов), так и по функциям (закон соподчинения функций). Изменение одной части организма или отдельной функции неизбежно влечет за собой изменение, других частей и функций.

Закон максимизации энергии (Г. и Э. Одумы) и информации (Н.Ф. Реймерс): наилучшими шансами на выживание (сохранение) обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации; максимальное поступление вещества не гарантирует системе успеха в конкурентной борьбе.

Закон максимума биогенной энергии (энтропии) В. И. Вернадского – Э.С. Бауэра: любая биологическая или биокосная система, находясь в состоянии динамического подвижного равновесия с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы.

Закон минимума (Ю. Либиха): выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т.е. жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму, дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или деструкции экосистемы.

Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой.

Закон необратимости эволюции (Л. Долло): организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже существовавшему в ряду его предков. Также закон может быть распространен на экологические системы, которые не могут повторяться уже потому, что не могут повториться составляющие их организмы.

Закон неограниченности прогресса: развитие от простого к сложному неограниченно. При этом живая материя стремится к относительной независимости от условий среды существования. То же наблюдается в рамках социальной формы движения материи. Закон не следует понимать буквально, так как никакие организмы, в том числе человек, не могут полностью освободиться от воздействия среды жизни.

Закон неравномерности развития систем, или закон разновременности развития подсистем: системы одного уровня иерархии обычно развиваются не строго синхронно: в то время как одни из них достигли более высокого уровня развития, другие еще остаются в менее развитом состоянии. Например, эволюционный уровень развития видов различен, экосистемы суши имеют разную эволюционную и историческую давность формирования, общественно-экономическое развитие народов и государств в различных частях планеты неравномерно и т.д.

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. Из этого следует важный вывод для человеческой природоохранной деятельности: попытки сохранения экосистем малого размера (на ограниченной территории, например, заповедника) ведут к их постепенной деструкции и не обеспечивают сохранения видов и сообществ.

Закон ограниченности природных ресурсов: все природные ресурсы (и условия) Земли конечны. «Неисчерпаемые» природные ресурсы являются неисчерпаемыми только относительно наших потребностей и сроков существования.

Закон однонаправленности потока энергии: 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 0,25 %. Поэтому говорить о «круговороте энергии» нельзя (См. закон пирамиды энергий Р. Линдемана).

Закон оптимальности: никакая система не может сужаться и расширяться до бесконечности; размер любой системы должен соответствовать ее функциям. Например, млекопитающее не может быть мельче и крупнее тех размеров, при которых оно способно рождать живых детенышей и вскармливать их своим молоком. Поэтому любая сверхкрупная однородность распадается на функциональные части (подсистемы), размеры которых могут быть различными. В природопользовании этот закон диктует необходимость поиска наилучших с точки зрения продуктивности размеров для культивируемых полей, выращиваемых растений, сельскохозяйственных животных и т.п.

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 морфо-физиологических особенностей организмов). Например, все прекрасные приспособления рыбы к обитанию в водной среде совершенно бесполезны при ее попадании в другие среды обитания.

Закон пирамиды энергий (Р. Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10 % энергии.

Закон равнозначности всех условий жизни: все природные условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначную роль.

Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Из закона вытекают следствия, имеющие важное теоретическое и практическое значение:

1. абсолютно безотходное производство невозможно (оно равнозначно созданию вечного двигателя);

2. любая более высокоорганизованная биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем (благодаря этому в земной биосфере невозможно повторное зарождение жизни – она будет уничтожена существующими организмами);

3. биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем (прежде всего Солнечной).

Закон снижения энергетической эффективности природопользования: с ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии. Увеличиваются и энергетические расходы на одного человека: расход энергии на одного человека (в килокалориях в сутки) в каменном веке был порядка 4 тыс., в аграрном обществе – 12 тыс., в индустриальную эпоху 70 тыс., а в передовых развитых странах настоящего времени – 230 – 250 тыс.

Закон сукцессионного замедления: процессы, идущие в зрелых равновесных экосистемах, находящихся в устойчивом состоянии, как правило, проявляют тенденцию к снижению темпов.

Закон толерантности (В. Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

«Закон» убывающего (естественного) плодородия:

1. в связи с постоянным изъятием урожая и нарушением естественных процессов почвообразования, а также при длительной монокультуре в результате накопления токсичных веществ, выделяемых растениями, на культивируемых землях постепенно происходит снижение естественного плодородия почв;

2. каждое последующее прибавление какого-либо полезного для организма фактора дает меньший результат, чем эффект, полученный от предшествующей дозы того же фактора, уже бывшего в достаточном (для организма) количестве.

«Закон» убывающей отдачи (А. Тюрго – Т. Мальтуса): приход на земельный участок дополнительного работника (т.е. удвоение числа лиц, обрабатывающих единицу сельскохозяйственной площади) не ведет к соответствующему увеличению урожая (вдвое), а лишь дает возможность получить некоторую его прибавку. Мальтус неверно считал это утверждение всеобщим экономическим законом. Данный закон справедлив лишь при неизменном уровне развития производительных сил и производственных отношений, т.е. при отсутствии социально-экономического прогресса и стабильности технологий.

Закон увеличения размеров (роста) и веса (массы) организмов в филогенетической ветви (Копа и Денера): по мере хода геологического времени выживающие формы увеличивают свои размеры (а следовательно, и вес) и затем вымирают. Чем мельче особи, тем труднее им противостоять процессам энтропии (ведущим к равномерному распределению энергии), закономерно организовывать энергетические потоки для осуществления жизненных функций. Поэтому размер особей в ходе эволюции увеличивается. Однако крупные организмы с большой массой требуют для поддержания этой массы значительных количеств энергии, фактически – пищи. Борьба с энтропией приводит к укрупнению организмов, а это укрупнение вызывает отход от закона оптимальности в большую сторону и, как правило, к вымиранию слишком крупных организмов.

Закон ускорения эволюции: с ростом сложности организации продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают. Иными словами, более высокоорганизованные формы существуют меньшее время, чем более низкоорганизованные. Средняя продолжительность существования вида птиц – 2 млн. лет, вида млекопитающих – 800 тыс. лет. Закон имеет не абсолютный, а вероятностный характер. Увеличение скорости вымирания не следует путать с возрастанием темпов их истребления человеком.

Закон усложнения организации организмов (К.Ф. Рулье): историческое развитие живых организмов (природных систем) приводит к усложнению их организации путем дифференциации функций и органов (подсистем), выполняющих эти функции.

Закон физико-химического единства живого вещества (В.И. Вернадского): все живое вещество Земли физико-химически едино, что не исключает биогеохимических различий.

Закон эмерджентности система обладает особыми свойствами, не присущими ее отдельным элементам. Например, молекула обладает иными свойствами, чем составляющие ее атомы.

«Законы» экологии Б. Коммонера:

1. все связано со всем;

2. все должно куда-то деваться;

3. природа «знает» лучше;

4. ничто не дается даром.

Первый закон «Все связано со всем» отражает взаимосвязанность множества природных объектов. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на биосферу и ее компоненты, что может привести к непредвиденным последствиям. Второй закон «Все должно куда-то деваться» следует из фундаментального закона сохранения материи. Он требует по-новому рассматривать проблему вещественных и энергетических отходов материального производства. Третий закон «Природа знает лучше» подразумевает, что сложившиеся в ходе эволюции и прошедшие жесткий естественный отбор организмы и их сообщества, а также сформировавшиеся между ними отношения – это наиболее оптимальные системы. Любое вмешательство в них человека, скорее, ухудшит их состояние, чем улучшить. Четвертый закон «Ничто не дается даром» подразумевает, что за воздействие на биосферу и ее компоненты придется рано или поздно платить.

Периодический закон географической зональности А.А. Григорьева – Н.Н. Будыко: со сменой физико-географических поясов Земли аналогичные ландшафтные зоны и их некоторые общие свойства периодически повторяются. Смена зон происходит по схеме: леса – степи – пустыни. Периодичность определяется тем, что величины индекса сухости (отношение радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков) меняются в разных зонах от 0 до 4 – 5. Трижды между полюсами и экватором они близки к единице – этим значениям соответствует наибольшая биологическая продуктивность ландшафтов.

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 от Солнца.

Правило Аллена: выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, чтобы отдавать в окружающую среду меньше тепла.

Правило Бергмана: у теплокровных животных средние размеры тела особей больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида.

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 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 более высоких шансов вымирания глубоко специализированных форм (О. Марш): быстрее вымирают более специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейшей адаптации снижены.

Правило Вант-Гоффа: увеличение температуры на 10 °С, как правило, приводит к ускорению химических процессов в 2 – 3 раза. Это важно при изменении температуры организмов и окружающей среды.

Правило взаимоприспособленности организмов в биоценозе К. Мебиуса – Г.Ф. Морозова: виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое и взаимно увязанное целое. В природе нет полезных и вредных видов живых организмов, они все нужны и служат друг другу, и приспособлены друг под друга.

Правило географического оптимума: в центре видового ареала обычно существуют оптимальные для вида условия существования, ухудшающиеся к периферии области обитания вида.

Правило Глогера: окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном.

Правило десяти процентов: среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10 % (от 7 до 17 %) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы (и теряющего энергию трофического уровня) последствиям. В стационарных популяциях (не подверженных в данный момент массовому размножению или катастрофическому падению численности) изъятие 10 – 40 % особей также не ведет к выведению популяции из стационарного состояния. В нестационарных популяциях при их росте возможно изъятие до 90 % особей, что не предотвращает дальнейшего увеличения численности. В то же время из популяций, снижающих численность, изъятие особей в пределах правила десяти процентов может привести к полному их исчезновению.

Правило интегрального ресурса: конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему в целом. Например, за водные объекты между собой конкурируют гидроэнергетика, транспорт, коммунальное хозяйство, орошаемое земледелие и рыбная промышленность.

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 максимума энергии поддержания зрелой системы: сукцессия идет в направлении фундаментального сдвига потока энергии в сторону увеличения ее количества, направленного на поддержание системы.

Правило меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания.

Правило множественности экосистем: множественность конкурентно-взаимодействующих экосистем обязательна для поддержания надежности биосферы.

Правило обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена («природа не терпит пустоты»).

Правило одного процента: изменение энергетики природной системы в пределах 1 % выводит природную систему из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза и др.), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты.

Правило островного измельчения: особи видов животных, обитающих на островах, как правило, мельче таких же материковых особей, живущих в аналогичных условиях.

Правило пищевой корреляции (В. Уини-Эдвардса): в ходе эволюции сохраняются только те популяции, скорость размножения которых скоррелирована с количеством пищевых ресурсов среды их обитания. При этом скорость размножения всегда ниже максимально возможной, и постоянно остается запас пищевых ресурсов. Отступление от этого правила ведет к тому, что популяция остается без пищи и вымирает или снижает темпы размножения.

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 видов одного рода.

Правило происхождения новых видов от неспециализированных предков: новые крупные группы организмов берут начало не от специализированных представителей предков, а от их сравнительно неспециализированных групп.

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.

Правило экологического дублирования: исчезнувший или уничтоженный вид в рамках одного уровня экологической пирамиды заменяет другой, аналогичный. Замена происходит по схеме: мелкий вид сменяет крупного, ниже организованный более высоко организованного, более генетически лабильный и мутабельный менее генетически изменчивого. Особи измельчаются, но общее количество биомассы увеличивается, так как никогда слоны не дадут той биомассы и продукции с единицы площади, какую способны дать саранча и еще более мелкие беспозвоночные.

Правило экотона, 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.

Принцип «нулевого» максимума: экосистема в сукцессионном развитии стремится к образованию наибольшей биомассы при наименьшей биологической продуктивности. Климаксные экосистемы, как правило, обладают максимальной биомассой и минимальной, практически нулевой продуктивностью, т.е. термодинамически они наиболее рациональны.

Принцип агрегации особей (В. Олли): агрегация (скопление) особей, как правило, усиливает конкуренцию между ними за пищевые ресурсы и жизненное пространство, но приводит к повышенной способности группы в целом к выживанию.

Принцип видо-родового представительства (И. Иллиеса): поскольку два даже близкородственных вида не могут занимать одинаковые экологические ниши в одном биотопе, богатые видами роды обычно представлены в биоценозе единственным своим представителем.

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.

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 исключения Г.Ф. Гаузе (теорема Гаузе): два вида не могут сосуществовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу. Такие виды обязательно должны быть разобщены в пространстве или во времени.

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.

Принцип минимального размера популяций: существует минимальный размер популяции, ниже которого ее численность не может опускаться.

Принцип направленности эволюции (Л. Онсагер) или закон минимума диссипации (рассеяния) энергии: при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии (или минимум роста энтропии). Поэтому эволюция всегда направлена на снижение рассеивания энергии, на ее неравномерное распределение (полная энтропия – абсолютно равномерное распределение энергии).

Принцип неполноты информации (неопределенности последствий): 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.

Принцип обманчивого благополучия: первые успехи (или неудачи) в природопользовании могут быть кратковременными: успех мероприятия по преобразованию природы или управлению ею объективно оценивается лишь после выяснения хода и результатов природных цепных реакций в пределах естественного природного цикла (от немногих лет до нескольких десятков лет).

Принцип отклонения условий (А. Тинемана): чем выше отклонения условий биотопа от нормы, тем беднее видами и специфичнее биоценоз, а численность особей отдельных составляющих его видов выше.

Принцип плавности изменения среды (Г.М.Ф. Ранца): чем более плавно изменяются условия среды в биотопе, и чем дольше он остается неизменным, тем богаче видами биоценоз и тем более он уравновешен и стабилен.

Принцип прогрессирующей специализации: группа, вступающая на путь специализации, как правило, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации.

Принцип разнообразия (А. Тинемана): чем разнообразнее условия биотопа, тем больше видов в биоценозе.

Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница (принцип Реди был заново сформулирован В.И. Вернадским в 1924 г.).

Принцип сохранения упорядоченности (И. Пригожина): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда большая нуля.

Принцип удаленности события: явление, отдаленное во времени и в пространстве, кажется менее существенным.

Принцип формирования экосистемы: длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и взаимно приспособлены.