В 1543 г. был опубликован труд Николая Коперника (1473¾1543) «Об обращениях небесных сфер», в котором излагалась гелиоцентрическая система мира, отражающая истинную картину мироздания. Итальянский философ, борец против схоластической философии и римско-католической церкви Джордано Бруно (1548¾1600) внес значительный вклад в развитие учения Коперника, а также в освобождение его от недостатков и ограниченности. Он утверждал, что во Вселенной имеется бесчисленное множество звезд, подобных Солнцу, значительная часть которых заселена живыми существами.
Расширению границ известного мира в значительной мере способствовало изобретение новых средств изучения звездного неба. Итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564¾1642) сконструировал телескоп, при помощи которого исследовал строение Млечного Пути, установив, что он является скоплением звезд. Галилей своим наблюдением лишил Землю последней привилегии по отношению к другим планетам Солнечной системы ¾ монополии на «владение» естественным спутником.
Наступление принципиально нового этапа в развитии науки традиционно связывают с именем философа и логика Фрэнсиса Бэкона (1561¾1626), разработавшего индуктивный и экспериментальный методы научного исследования. Главной целью науки он провозгласил увеличение власти человека над природой. Это достижимо, по мнению Бэкона, лишь при одном условии ¾ наука должна позволить человеку как можно лучше понять природу, чтобы, подчиняясь ей, человек в конце концов смог господствовать в ней и над ней. Бэкон писал: «Не должно считать малозначащим и то, что дальние плавания и странствия открыли и показали в природе много такого, что может подать новый свет философии» [1]. Ф.Бэкон предполагал начать работу по систематизации накопленных наблюдений, но его намерения скорее дали толчок в этом направлении другим ученым.
Английскому естествоиспытателю Роберту Гуку (1635¾1703) принадлежит первая работа ¾ «Микрография» ¾ рассказывающая об использовании микроскопной техники. Один из первых микроскопистов голландец Антони ван Левенгук (1632¾1723) получил линзы, позволившие получить почти трехсоткратное увеличение наблюдаемых объектов. На их основе он создал прибор оригинальной конструкции, при помощи которого изучил не только строение насекомых, простейших организмов, грибов, бактерий и клеток крови, но и пищевые цепи, регулирование численности популяций, которые впоследствии стали важнейшими разделами экологии. Исследования Левенгука фактически положили начало научному исследованию неведомого до тех пор живого микромира, этого неотъемлемого компонента среды обитания людей.
В XVIII веке ботанические и зоологические наблюдения были обобщены в работе «Система природы» шведского естествоиспытателя Карла Линнея (1707 - 1778), который разработал основы научной систематики животных и растений. Хотя он и сформулировал гипотезу постоянства видов: «их столько, сколько было сотворено Творцом» [1], но, тем не менее, признавал образование разновидностей под влиянием условий жизни. Он внес значительный вклад в дело формирования истинного представления о месте человека в природе, в системе классификации растительного и животного мира, по которой человек включался в систему животного царства и относился к классу млекопитающих, отряду приматов, в результате человеческий вид получил название Homo sapiens.
Среди многих ученых выделяется французский натуралист Жорж Луи де Бюффон. Он издал огромный труд в 44 томах «Естественная история», из которой взошли ростки эволюционной теории о происхождении организмов». Бюффон пишет: «Перед нами встает вопрос об изменении видов, вопрос о преобразованиях, происходящих с незапамятных времен, и, по-видимому, имевших место в каждом семействе» [1]. Жорж Бюффон высказывал мысли о единстве животного и растительного мира, об их жизнедеятельности, распространении и связи со средой обитания, отстаивал идею изменяемости видов под влиянием условий среды. Он обратил внимание современников на поразительное сходство в строении тела человека и обезьяны. Однако, опасаясь обвинений в ереси со стороны католической церкви, Бюффон вынужден был воздержаться от высказываний относительно их возможного «родства» и происхождения от единого предка.
В Германии поборником естественного происхождения организмов, их родства и постепенного развития был Иммануил Кант (1724 - 1804).
Существенной вехой в развитии науки об образе жизни различных живых организмов является труд английского священника, экономиста и демографа Томаса Роберта Мальтуса (1766¾1834), в котором приведены уравнения экспоненциального роста популяций как основы демографических концепций. Им был сформулирован так называемый «закон народонаселения», согласно которому народонаселение увеличивается в геометрической прогрессии, тогда как средства к существованию (прежде всего пища) могут увеличиваться лишь в арифметической прогрессии. С неизбежно возникающим при таком развитии событий перенаселением Мальтус предлагал бороться при помощи регламентации браков и ограничения рождаемости. Он также призывал всячески «способствовать действиям природы, вызывающим смертность...»: перенаселять дома, делать в городах узкие улицы, создавая тем самым благоприятные условия для распространения смертельных болезней (таких, как чума). Взгляды Мальтуса были подвергнуты суровой критике еще при жизни их автора не только за их антигуманность, но и за умозрительность.
Несколько позже П.Ф. Ферхюльст предложил уравнение «логистического» роста. Эти работы обосновали представления о динамике численности популяций. Тогда же в трудах врача В.Эдвардса, философа О. Конта и биолога И.И. Мечникова было положено начало экологии человека. Социальные аспекты экологии человека отражены в трудах О. Конта, Д. Милля и Г. Спенсера, а также американских социологов Р. Парка и Е. Берджеса.
В России путь эволюционной идее прокладывал М.В. Ломоносов (1711 - 1765). Он писал, что лик Земли многократно менялся, на месте морей появлялась суша, и наоборот; земные пласты постепенно поднимались и изгибались, образуя горные складки, из менялся климат, изменялись флора и фауна: «слоны и южных земель травы на севере важивались».
Крупным событием XVIII в. стало появление эволюционной концепции французского естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка (1744¾1829), согласно которой главной причиной развития организмов от низших форм к высшим является присущее живой природе стремление к совершенствованию организации, а также влияние на них различных внешних условий. Изменение внешних условий меняет потребности организмов; в ответ на это возникают новые виды деятельности и новые привычки; их действие, в свою очередь, изменяет организацию, морфологию рассматриваемого существа; приобретенные таким образом новые признаки наследуются потомками. Ламарк считал, что данная схема справедлива и по отношению к человеку. Жан Батист Ламарк - один из самых крупных представителей науки того времени. В книге «Философия зоологии» он впервые широко поставил вопрос о влиянии среды на организмы, но не сумел объяснить причин их «пригнанности» к среде обитания. Ж.Б.Ламарк так сформулировал выводы своих изысканий: «Спустя множество следующих друг за другом поколений, индивиды, относившиеся по происхождению к одному виду, в конце оказываются превращенными в новый вид, отличный от первоначального»[1].
Экологическое направление в географии растений на протяжении всей первой половины XIX в. развивал немецкий естествоиспытатель-энциклопедист, географ и путешественник Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт (1769¾1859). Он был одним из первых естествоиспытателей, понявших необходимость синтеза наук при изучении природы, ее живых и неживых элементов. Говоря о целостном изучении природы в обобщенном теоретическом труде «Космос», он писал: «Мое внимание будет устремлено на взаимодействие сил, влияние неодушевленной природы на растительный и животный мир, их гармонию» [1]. Он подробно изучил особенности климата в различных районах Северного полушария и составил карту его изотерм, обнаружил связь между климатом и характером растительности, предпринял попытку выделения на этой основе ботанико-географических областей (фитоценозов).
В России заслуга в формировании основных положений экологии и экологического мировоззрения принадлежит знаменитому российскому зоологу, проф. Московского университета Карлу Францевичу Рулье (1814— 1858), который одновременно с Александром Гумбольдтом указывал на существующее в природе единство среды и организмов и их эволюционное развитие. Он утверждал, что природа вечна; все ее явления взаимосвязаны и составляют единое целое. В природе все образуется путем медленных непрестанных изменений. Еще до выхода в свет труда Э.Геккеля он сформулировал основной принцип взаимоотношений организма и среды, названный им «Законом двойственности жизненных начал». Им же обозначены проблемы изменчивости, адаптации, миграций и влияния человека на природу. К. Рулье в своих лекциях и печатных трудах обсуждал взаимодействие организмов со средой с позиций, близких дарвиновским.
Они были предвестниками эволюционной идеи и целостного восприятия природных комплексов, состоящих из живых и неживых компонентов. Большой вклад в развитие экологических представлений в этот период внесли российские естествоиспытатели А.Т. Болотов (1738 - 1833), И.И. Лепехин (1740 - 1802), П.С. Паллас (1741 - 1811).
Во второй половине ХIXв. благодаря многочисленным экспедиционным исследованиям флоры и фауны (работы А. Гумбольдта, А. Уоллеса, Ф Склеттера) в виде отдельной науки начала оформляться биогеография, позже ставшая одной из основ современной экологии. В России ее развитие связано с трудами К.М. Бэра, Н.А. Северцева и др.
Глава 2. Появление науки экологии
Появлению науки экологии предшествовал выход в свет 24 ноября 1859 г. знаменитой книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». С этого времени начинается новый период в истории становления экологии как самостоятельной науки.
Третий период ознаменован появлением новой эволюционной теории Ч. Дарвина; сходные положения были одновременно разработаны английским ученым А. Уоллесом.
Позднее В.И.Вернадский писал: «В ходе геологического времени живое вещество изменяется морфологически, согласно законам природы. История живого вещества в ходе времени выражается в медленном изменении форм жизни, форм живых организмов, генетически между собой непрерывно связанных от одного поколения к другому, без перерыва. Веками эта мысль поднималась в научных исканиях, в 1859 г. она, наконец, получила прочное обоснование в великих достижениях Ч. Дарвина и А. Уоллеса. Она вылилась в учение об эволюции видов - растений и животных, в том числе и человека» [1].
Ключевое положение в учении Дарвина занимает теория естественного отбора в результате борьбы за существование. Обычно производится гораздо больше живых организмов, чем может выжить, поэтому ведется борьба за существование либо между особями одного или различных видов, либо с физическими условиями жизни. Дарвин писал, что каждый организм зависит не только от условий местообитания, но и от всех других окружающих его существ. В результате естественного отбора сохраняются те организмы, в которых произошли изменения, дающие преимущества для существования в данных условиях.
Такой ход рассуждения дал основание современнику и последователю Дарвина немецкому ученому Эрнсту Геккелю заявить о целесообразности выделения новой науки о взаимоотношениях живых организмов и их сообществ друг с другом и с окружающей средой. Взгляды Ч.Дарвина на борьбу за существование не только как на борьбу организмов друг с другом, но и с окружающей неживой средой послужили тем научным фундаментом, на котором Э.Геккель в 1866 г. возвел здание новой науки.
В России страстным поборником и популяризатором эволюционной теории Ч.Дарвина и последователем Э.Геккеля был К.А. Тимирязев. В 1939 г. в работе «Чарльз Дарвин и его учение» он писал: «С установлением понятия приспособления явилась новая область науки, получившая придуманное Геккелем название экология» [1].
В своем труде «Всеобщая морфология» (1866) Э. Геккель дал такое определение этой отрасли науки: «Экология - это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология - наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование» [5]. Преимущественно экология изучает живые системы с уровнем организации от организма и выше. Труд Геккеля построен на громадном фактическом материале, накопленном классической биологией, и главным образом посвящен тому направлению, которое сейчас называют аутэкологией или экологией отдельных видов. Кроме того, в трудах Геккеля прослеживается еще одно важное обстоятельство — понимание экологии как «экономики природы». С этого времени экология из раздела биологии превращается в междисциплинарную науку, охватывающую многие области знаний.
Важным шагом на пути становления экологии следует считать введение в 1877г. немецким гидробиологом К. Мебиусом понятия биоценоза. Биоценоз (гр. bios - жизнь, koinos - сообщество) - закономерное сочетание разных организмов, обитающих в определенном биотопе. Биотоп (гр. bios - жизнь, topos - место) - совокупность условий среды, в которых обитает биоценоз (Ф. Даль, 1903).
Значительный вклад внесли в развитие экологии русские ученые А.Н. Бекетов (1825 - 1902), Н.А. Северцев (1827 - 1885) и др.
В самом конце ХIХ века с призывом развернуть междисциплинарные комплексные исследования природных систем выступил выдающийся русский ученый-почвовед В.В. Докучаев (1846 - 1903). Именно закономерная связь между «силами», «телами» и «явлениями», между «мертвой» и «живой» природой, растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, и человеком, его бытом и духовным миром - с другой, и составляет сущность познания «естества», - считал он. Практическое осуществление этих идей связано с именем Г.Ф. Морозова (1867 - 1920) - создателя учения о лесе. Он подчеркивал, что лес и его территория должны сливаться для нас в единое целое, в географический индивидуум. В 1925 г. эти идеи реализовались немецким гидробиологом А. Тинеманом, который рассматривал озера как целостную систему, где биоценоз и биотоп образуют органическое единство.
Во второй половине ХIХ — начале ХХ вв. большое внимание уделяли изучению влияния отдельных факторов (главным образом, климатических) на распространение и динамику организмов. К догеккелевскому периоду развития экологии относят, в частности, работы ученого-агронома Ю. Либиха, который сформулировал известное правило «лимитирующего фактора».
В начале ХIХ века оформились экологические школы ботаников, зоологов, гидробиологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки: экология животных, экология растений, экология микроорганизмов, экология насекомых, экология озера, экология леса и т. п.
Основное внимание стало уделяться анализу плотности, рождаемости, смертности, возрастной структуре, взаимодействию групп организмов и их взаимосвязям с окружающей средой.
Этот период, по сравнению с предыдущим, был более прогрессивным. Благодаря ему в экологии зародилось научное направление - популяционная экология, приоритетной проблемой которой являются биотические взаимодействия в биоценозе. Недостаток этого направления в том, что даже при изучении сообщества суть явлений сводится к функционированию отдельных популяций, т.е. к разложению биоценоза на составляющие элементы.
Представления о целостности природных систем, объединяющих сообщества живых организмов и условия их обитания в единую функциональную структуру, сформулированные а трудах одиночек, не стали господствующими взглядами в научных кругах конца ХIX века. Системный подход к изучению биоценоза и биотопа как единого целого возник в экологии позже.
Глава 3. Современная экология
Современная экология базируется на основной концепции содержания этой науки - системной концепции, которая зародилась в конце ХIX столетия и сформировалась лишь к середине ХХ столетия.
Четвертый период истории экологии связан с особым интересом мировой ученой общественности к работам русского геохимика В.И. Вернадского (1863—1945). Учение В.И. Вернадского о биосфере сыграло важную роль в подготовке целостного восприятия природных процессов как системы. Изучение общепланетарных процессов развернулось после выхода в свет в 1926 г. книги В.И. Вернадского «Биосфера», где рассмотрены свойства «живого вещества» и его функции в формировании, как современного лика Земли, так и всех сред жизни на планете (водной, почвенной и воздушной). Предшественником и единомышленником В.И. Вернадского был В.В. Докучаев (1846—1903), создавший учение о почве как о естественноисторическом теле. В.И.Вернадский вновь привлек внимание научного мира к проблеме взаимодействия живых организмов с неживой природой. Биосфера предстала как глобальная система, функционирование которой основано на динамическом единстве и взаимодействии «косных», «живых», и «биокосных» компонентов. В созданном им учении о биосфере рассматривались не только основные свойства «живого вещества» и воздействие на него «косной» природы, но и огромное обратное влияние жизни на неживую природу и формирование «биокосных природных тел» (таких, например, как почва или озеро).