История развития экологии как науки

Зарождение экологических знаний

1-ый этап - накопление фактического материала и первый опыт его систематизации.

Истоки экологии прослеживаются в глубокой древности. Уже в примитивном первобытном обществе происходило познание окружающей среды. Наскальные рисунки (о способах культивирования растений, лове животных, обрядах, о повадках животных образе их жизни, о сроках сбора растений, о местах произрастания растений, о способах выращивания и ухода за ними) это ничто иное, как первые сведения, в том числе и экологического характера (рис 1.1., 1.2).

Рис 1.1 Лов животных Рис 1.2 Повадки животных

Множество интересных сведений об экологическом мышлении того времени оставили нам древние египетские, индийские, тибетские и античные источники. В рукописных книгах Вавилонии, например, есть описания способов обработки почвы, указывается время посева культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия. В древнейших китайских хрониках (IV –II вв. до н.э.) описываются условия произрастания различных сортов культурных растений. В священной книге персов «Зендавеста» (VI – V вв. до н.э.) даются такие советы о необходимости беречь полезных животных, охранять огонь, храмы и воду, не осквернять землю нечистыми веществами и тщательно ее обрабатывать. Древнерусское произведение «Слово о полку Игореве» насыщено упоминаниями о повадках зверей и птиц.

В трудах ученых античного мира – Гераклита (530 – 470 до н. э.), Гиппократа (460 – 370 до н. э.), Аристотеля (384 –322 до н. э.) и других – было сделано множество обобщений экологических факторов.

Аристотель (IV в. до н. э.) в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении и классифицировал их, разделяя на водных, сухопутных и земноводных. В трудах его ученика - Теофраста Эрезийского (372 – 287 до н. э.), который считается «отцом ботаники», имеется много сведений по экологии растений. В «Исследованиях о растениях» он сообщает наблюдения о зависимости формы роста растений от климата, почвы и способов возделывания. Теофраст впервые разделил изучаемые растения на деревья, кустарники, полукустарники и травы (первые представления о жизненных формах).

Поэт и ученый Дpевнего Рима Лукpеций Каpа (1 век до н. э.) писал:

Пеpвый посева пpимеp и обpазчик пpививки pастений

Был непосpедственно дан пpиpодою, все создающей:

Ягоды, желуди, вниз упадавшие наземь с деpевьев,

Густо pоясь у коpней, своевpеменно все выpастали.

Это и подало мысль пpививать к деpевьям отpостки

И на полях насаждать молодые отводки pастений.

Всячески стали затем обpабатывать милое поле

И замечали тогда, что на нем, от ухода за почвой,

Диких pастений плоды получались нежнее и слаще,

День ото дня заставляли леса отходить на высоты

И по долинам места уступать возделанным пашням…

Таким образом, элементы экологического воззрения на природу, на живые организмы можно обнаружить буквально на заре становления ботаники, зоологии и сельского хозяйства.

В начале нашей эпохи (I в н. э.) древнегреческий врач Диоскорид в своем сочинении «О лекарственных средствах», описывая более 600 растений, группировал их по внешним, морфологическим признакам и указывал их зависимость от мест произрастания и распространения.

В средние века интерес к изучению природы ослабевает. Феодальная разобщенность, низкий уровень производства и господство религии не способствовали развитию биологических наук. В этот период (затянувшийся почти на целое тысячелетие), лишь единичные труды сообщают научные знания. Большинство сведений имеют прикладной характер и содержат описания целебных трав (Авиценна, 980-1037 гг.), природы далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.).

Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья явились труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193 – 1280 гг.). В своих книгах о растениях он придает большое значение условиям их местообитания, где помимо почвы важное место уделяет «солнечному теплу», рассматривая причины «зимнего сна» у растений; размножение и рост организмов ставит в неразрывную связь их питанием.

Географические открытия в эпоху Возрождения (XV в.) и колонизация новых стран явились толчком к развитию биологических наук. Накопление и описание фактического материала – характерная черта естествознания этого периода. В трудах многих естествоиспытателей имели место явные свидетельства экологических знаний (о разнообразии живых организмов, их распространении, в выявлении особенностей строения растений и животных, живущих в условиях той или иной среды).

Появляется необходимость разобраться во всем многообразии флоры и фауны, оценить возможное хозяйственное значение открытых учеными экзотических видов. Первыми систематиками стали – А. Цезальпино (1519 – 1603), Д. Рей (1623 – 1705), Ж. Турнефор (1656 – 1708), К. Геснер (1516-1565), У. Альдрованди (1522-1605) и др..

Известный английский химик Р. Бойль (1627 – 1691), изучавший влияние низкого атмосферного давления на различных животных, является первым ученым, осуществившим экологический эксперимент.

А. Левенгук (1632 –1723), более известный как один из первых микроскопистов, был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности организмов.

Э. Дарвин (1731 – 1802) изучал изменчивость организмов под влиянием различных внешних условий среды и излогал свои представления в сочинениях, написанных в форме дидактических поэм («Ботанический сад», «Храм природы, «Зоономия»). Например, в «Храме природы» он, например, пишет:

И меж растений царствует война.

Деревья, травы – вверх растут задорно,

За свет и воздух борются упорно,

А корни их, в земле неся свой труд,

За почву и за влажность спор ведут.

К. Линней (1707 – 1778) опубликовал диссертацию «Экономия природы» (1974 г.), в которой изложил свои взгляды на взаимоотношения живых организмов и влияния на их жизнь условий внешней среды. Но наибольшая заслуга Линнея в том, что он предложил бинарную (двойную) номенклатуру (обозначил для каждого вида растений, животных и микроорганизмов двойное латинское название; первое слово - название рода, второе – видовая принадлежность) и наиболее удачную классификацию растений и животных. За 120 лет до появления теории Дарвина великий швед поставил человека первым в классе млекопитающих вместе с обезьянами и полуобезьянами. В системе Линнея человек получил свое научное имя Homo sapiens – человек разумный.

Большое влияние на формирование экологических взглядов имел капитальный труд Ж. Б. Ламарка (1744-1829) - «Философия зоологии» (1809), в котором он затронул проблему воздействия внешних условий на «действия и привычки» животных.

Ламарку принадлежит одно из первых высказываний, относящихся к сфере социальной экологии. Он впервые обратил серьезное внимание на специфическую роль человека и ее возможные катастрофические последствия. Ламарк писал: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

В 18 веке много фактов экологического содержания было собрано и русскими учеными: С. П. Крашенинниковым (1711-1755), И. И. Лепехиным (1740-1802), П. С. Палласом (1741 – 1811) и другими географами и натуралистами.

С. П. Крашенинников на примере природы Камчатки провел множество наблюдений над образом жизни зверей, птиц, рыб и опубликовал их в книге «Описание земли Камчатки», получившей мировую известность.

И. И. Лепехин описал растительные ландшафты, свойственные пустыням, умеренным и северным зонам страны, обратив внимание на сходство растений высокогорий и тундры; указал на зависимость растительности от качества почвы и климатических условий; установил связь численности, распределения, плодовитости и миграции белки-кедровки и других обитателей тайги от урожая кедра и др.

П. С. Паллас подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родственных видов и т.п. П.С. Палласа считают одним из основателей экологии животных.

Накопление фактов в процессе великих географических открытий сменилось периодом детальной обработки собранных материалов. Сопоставление сведений о флоре, фауне, различных областей земного шара, установление сходств и различий в их составе приводит к появлению нового, прогрессивного учения об изменчивости видов. Вместе с тем экологических идей как таковых еще нет, лишь начала складываться экологическая точка зрения на изучаемые явления природы.

Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале 19 столетия - биогеографии. Пионером в этом деле принято считать - А. Гумбольдта (1769 –1859), который в 1807 году опубликовал работу «Идеи географии растений». В этой работе А. Гумбольдт, на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке, Центральной Европы, Сибири, Алтае, Китае, показал влияние климатических условий (особенно температурного фактора), на распространение растений. Он обосновал идею горизонтальной зональности и вертикальной поясности растительности, ввел понятие о физиономических типах организмов. Его труды сыграли огромную роль в развитии биологических, физико-географических и прикладных наук. Уже при его жизни вышло несколько работ по географии растений, географии животных, по экологической географии, которые развивали и конкретизировали его идеи.

Серьезные исследования в области, изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду были сделаны отцом и сыном Декандолями. О. П. Декандоль – отец (1778-1841) в своей книге «Очерк начальной географии растений (1820) впервые дал определение таким важным понятиям, как «местообитание», «местонахождение», «полезные температуры». А. Декандоль - сын (1806-1893) в «Географии растений» (1855) привел классификацию местообитаний, основываясь на многообразии факторов внешней среды: температуры, света, влажности, качества почвы.

В тесном единстве с окружающей средой рассматривал организмы профессор Казанского университета Э. А. Эверсман (1794-1860). Он четко делил факторы среды на абиотические и биотические, изучал взаимоотношения между особями одного и разных видов, при этом особое внимание ученый обращал на биоценотические связи между растениями и животными.

В середине 19 века большое влияние на развитие экологического направления биологической науки в России оказал профессор Московского университета К. Рулье (1814-1885). Будучи крупным биологом, зоологом, он сформулировал принцип, лежащим в основе всех наук о живом, - принцип исторического единства организма и окружающей среды. Рулье подчеркивал, что ни один из организмов не может существовать независимо от окружающей среды, причем среда изменяется организмами, а изменения организмов контролируется средой. Он изложил целый ряд общих и частных положений биоценологии и положил начало непосредственному внедрению знаний экологии в практику. Его статья «О земляном черве, поедавшем озимь в 1846 году» содержит важный теоретический материал о агротехнических, механических, химических и биологических средствах борьбы с вредителем. Статья оказалась отличным руководством для ученых-практиков. Кроме того, К. Рулье, считал человеческую деятельность важным экологическим фактором, вносящим большие изменения в природу.

Таким образом, начало 19 века знаменуется появлением экологического направления в исследованиях фитогеографов, ботаников и зоологов. Ученые анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности.

2-ой этап – обособление науки экологии как новой области знаний о природе.

Выход в свет в 1859 книги «Происхождение видов» (1859) и победа эволюционного учения Ч. Дарвина (1809- 1882) в биологии открывают новый период в истории экологии - ее отделение от других наук и превращение в науку об адаптации организмов.

В этот период появляется много работ о роли температуры, влажности, света в жизни растений и животных, широко изучаются повадки и поведение животных в разных условиях среды, разрабатываются системы жизненных форм.

Кто именно ввел сам термин «экология» в научный обиход – точно не известно. Пальма первенства отдается немецкому биологу Э. Геккелю. В 1866 году молодой профессор в своем капитальном труде «Всеобщая морфология организмов», классифицируя разделы биологии, впервые употребил термин «экология» (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Э. Геккель (1834 – 1919)

В дословном переводе с греческого «экология» обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение).

«Под экологией, - писал Геккель, - мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего – его дружественных или враждебных взаимоотношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование».

В разделе «Экология и хорология» Геккель пишет: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношениях организма к окружающей среде, куда мы относим все «условия существования» в широком смысле этого слова. Они частично органической, частично неорганической природы; поскольку они, как мы отмечали выше, оказывают влияние на форму организмов, то тем самым они заставляют их приспосабливаться к этим условиям».

Однако не только накопление фактов о полезных приспособлениях организмов к среде обитания составило содержание науки экологии в этот период. Внимание ученых все больше и больше привлекали связи, которые существуют между живыми организмами, населяющими ту или иную территорию.

Так, в целях выяснения условий ведения устричного хозяйства на производственной основе датским гидробиологом К. Мебиусом (1825-1902) было проведено большое экологическое исследование, давшее начало новому направлению в изучении природных явлений - биоценотические исследования. Мебиус не только установил наличие органических сообществ и предложил для них название «биоценоз» (этот термин получил распространение в научной литературе на немецком и русских языках, а в англоязычных странах этому понятию соответствует термин «сообщество»), но и сумел раскрыть многие закономерности их формирования и развития. Он одним из первых применил к исследованию объектов живой природы особый подход, который получил в наши дни название системного подхода. Этот подход ориентирует исследователя на раскрытие целостных свойств объектов и механизмов, их обеспечивающих, на выявление многообразных связей в биологической системе и разработку эффективной стратегии ее изучения.

Много наблюдение и теоретических обобщений было проведено в этот период по экологии растений. Основоположником этой области биологических знаний называют Е. Варминга (1841-1924). Характеризуя действия факторов среды обитания, он показывает, что условия жизни определяют не только внешний облик организма, но и его анатомическое строение и вводит понятие «жизненная форма». В качестве важных условий среды ученый называет совместную жизнь растений с растениями и животными, отмечает влияние человека. Всю растительность Варминг делит на сообщества гидрофитов, ксерофитов, мезофитов и галофитов и среди них выделяет более мелкие единицы – формации. Продолжением этого направления исследований флоры стала книга немецкого ботаника О. Друде «Экология растений» и развитие такого нового направления как «учение о видах-индикаторах», т.е. о растениях – показателях содержания в почве определенных химических элементов.

Экология растений официально была признана в 1910 г. на III Всемирном ботаническом конгрессе в Брюсселе. На этом же конгрессе ученые поставили вопрос о разделении экологии растений на два отдела: экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника К. Шретера первая часть экологии была названа аутэкологией (от греч. аут – «сам»), вторая – синэкологией (от греч. приставки син – «вместе»). Это деление было принято и в зооэкологии.

В России на основе указанного деления была выделена новая наука – фитоценология (геоботаника). Все главные положения новой наука были разработаны Г. Ф. Морозовым (1867 – 1920) и В. Н. Сукачевым (1880 –1967) на основе учения о лесе. В работах ученых подробно излагаются вопросы о строении и составе фитоценоза, специфике его фитосреды, о взаимоотношениях между растениями, о смене растительных сообществ и причинах их вызывающих.

В. В. Докучаев (1846 – 1903) дал определение понятия «почва» и изложил учение о почве, которая по его представлению является результатом совокупной деятельности грунта, климата, растений и животных, возраста страны, рельефа. Положения, выдвинутые им, остаются общепринятыми и в настоящее время.

В эти годы наблюдается дальнейшее развитие экологии организмов. В своих исследованиях ученые начинают применять (помимо метода полевых наблюдений) экспериментальный метод (особенно при выявлении способностей организмов переживать такие неблагоприятные условия как засуха и недостаток освещения).

Исследования экологических свойств организмов позволяет ученым по-новому подойти к вопросу о жизненных формах. Последние начинают рассматриваться как способ приспособления к среде существования.

Кроме того, появляется представление о человеке как «ведущей геологической силе».

К. Шретер в 1913 г. предлагает разделить все факторы среды на пять групп: почвенные, климатичекие, биогенные, антропогенные и филогенетические.

Заметным становятся исследования, посвященные количественному учету организмов. Так большое значение имел труд американского ученого В. Шелфорда «Животные сообщества умеренной Америки на примере района Чикаго» (1913), в котором доказана необходимость количественного учета животных и даны примеры методик полевых экологических исследований.

Кроме того, в 20-30е годы 20 века, в ходе интенсивного развития экспериментальной и теоретической экологии, были сформулированы основные задачи изучения популяций и обществ, были установлены математические законы, описывающие динамику популяций взаимодействующих групп особей. Появились такие основополагающие концепции, как «пирамида чисел», «цепь питания», «пирамида биомасс».

Таким образом, в начале 20 века экологические исследования - широки и многообразны, и идут в трех основных направлениях: изучение экологии отдельных организмов, фитоценотические и биоценотические. Причем в странах Европы и Северной Америки начинают складываться экологические школы.

«Московская школа» возглавляемая В. В. Алехиным на базе изучения степей и пустынь разрабатывает вопросы динамики в жизни сообществ. «Ленинградская школа» во главе с В. Н. Сукачевым, сформированная на базе учения о лесе, разрабатывает вопросы смены растительных сообществ. В Казанском университете работами С. И. Коржинского и А. Н. Гордягина определилась геоботаническая «Казанская школа». В Англии вопросы геоботаники интенсивно исследовались в Кембриджском университете профессором А. Тенсли (1871 – 1955). В области популяционной экологии животных и биогеоценологии работал профессор Оксфордского университета Ч. Элтон с учениками. Профессор В. Тишлер (Германия) занимался вопросами сельскохозяйственной экологии и биоценологии. В США Ю. Одум развивал экологию как науку о биосфере и экосистемах.

К середине 20 века в экологии складываются две важные тенденции: первая - экология начала наконец-то применять строго научный подход, вторая - экология начала все более распылять свои усилия по слишком многим направлениям. Прежде всего, это связано с бурным развитием молодых наук, отпочковавшихся от классических химических, физических, биологических и других.

На этом этапе развития экологии остро чувствуется нехватка базовой единицы изучения. У других оформившихся наук такая единица присутствовала. В физике это был атом, в гистологии - ткань, в физиологии - орган, в цитологии - клетка. Отсутствие четко определяемой единицы изучения несколько тормозило развитие экологии.

Такой единицей изучения становится экосистема. Ее определяют как ограниченное во времени и пространстве единство, включающее не только все обитающие в нем организмы, но и физические характеристики климата и почв, а также все взаимодействия между различными организмами и между этими организмами и физическими условиями.

Термин «экосистема» впервые был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 году но, представления о ней возникли значительно раньше. Концепция экосистемы согласуется с общей теорией систем Людвига фон Берталанфи (1901 – 1971), согласно которой целое представляет собой нечто большее, чем сумма составляющих его элементов, поскольку главная характеристика целого – взаимодействие, протекающее между его различными элементами.

Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В. И. Вернадского (1863-1945), который посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, и разработал теорию, названную им биохимией. В 1926 году В. И. Вернадский опубликовал книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой книге биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой связаны с балансом вещества и энергии. Эти идеи существенно обогатили содержание экологии.

В. И. Вернадский показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами (живое вещество) и неживой природой (косное вещество). Им впервые было раскрыто грандиозное обратное влияние жизни на абиотическую (неживую) среду (атмосферу, гидросферу, литосферу) и формирование в результате этого исторического процесса особых биокосных природных тел, таких как почва. Впервые вся живая оболочка планеты предстала как единое целое – могучее, сложное и в то же время хрупкое образование. Эти обобщения Вернадского ориентировали ученых мира на сотрудничество в области экологии и разработку международных научных программ с целью сохранения жизни на планете.

Большое число исследований, проходивших в начале 20 века, повлекли за собой дальнейшую дифференциацию в экологии. Формируются новые разделы - экология популяций, прикладные науки - учение о лесе, агрофитоценология, экологическая физиология, экология насекомых, гидробиология и др.

В 30-е годы появляется большое количество отдельных статей, журналов и книг на экологическую тематику. Журналы: «Экология животных» - Англия, «Растение и среда», «Полевая геоботаника», «Журнал экологии и биоценологии» - СССР и др. Учебники: «Организм и сообщество» - Д. Н. Кашкаров (1933), «Экология растений» - Г. И. Поплавская (1937), «Экология животных» - Ч. Элтон, (1934) и др. Экология входит в перечень обязательных учебных дисциплин при подготовке биологов и географов в университетах нашей страны и за рубежом (Англия, Германия, США).

Таким образом, первая половина 20 века стала важным этапом в развитии экологии с точки зрения накопления сведений по самым разнообразным экологическим направлениям и разработки основных теоретических вопросов. При этом многие экологические проблемы и в нашей стране, и за рубежом оставались предметом споров и дискуссий.

3-ий этап – современная экология.

С 60-х гг. 20 века начался новый период в развитии экологии, который характеризовался бурным ростом экологических исследований. Постоянно нарастает масса информации по различным экологическим проблемам, создаются фундаментальные труды, посвященные как узкоспециальным проблемам, так и широкомасштабным, многие теоретические вопросы экологии становятся делом целых научных институтов.

В нашей стране наиболее известными экологами этого времени стали: М. И. Будыко, Н. Ф. Реймерс, В. Н. Сукачев (в области общих вопросов экологии); В. В. Плотников, Т. А. Роботнов, И. Г. Серебряков (в области экологии растений; А. Г. Банников, Г. А Новиков, С. С. Шварц (в области экологии животных); В. П. Алексеев, Т. И. Алексеева, З. И. Барбашова (в области экологии человека); Г. А. Кузнецов, В. А. Лось, Н. М. Мамедов (в области социальной экологии) и др.

Наиболее известные иностранные ученые: Д. Даррел, Р. Дажо, Б. Небел, Б. Коммонер, П. Ревелль, Ч. Ревелль, Г. Одум, Ю. Одум, Р. Уиттекер и др.

Значимые моменты в развитии современной экологии

1. Дифференциация знаний и появление узкоспециализированных направлений (социальная экология, прикладная экология и др.).

2. Превращение в общебиологическую науку (например, закономерности, обнаруженные фитоэкологами, являются существенными и в зооэкологии).

3. Унифицирование в терминологии и в определениях целого ряда экологических понятий. Способствовали этому многочисленные симпозиумы по экологическим вопросам, тесные контакты, Международная биологическая программа (МБП) - 1968 г.

4. Появление концепции структурных уровней организации природных систем (разработана при совместном сотрудничестве философов и биологов). Согласно этой концепции различают несколько уровней организации живого: суборганизменный (молекулярный, клеточный, тканевой, органный), организменный, надорганизменный (популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический и биосферный). В область компетенции экологии вошли организменный, популяционный, биоценотический, биогеоценотический (экосистемный), экосферный (биосферный) уровни (рис. 1.4).

Рис. 1. 4 Уровни организации природных систем.

5. Трансформация экологии из науки о жизни природы в науку о структуре природы, о работе живого покрова Земли в целостных экосистемах. Экология начала выявлять пути управления биологическими ресурсами биосферы и вопросами из возобновления; решать задачи прогнозирования продуктивности биогеоценозов; производить моделирование оптимальных экосистем; стала научной основой охраны природы и рационального природопользования.

6. Определение «места» и функциональной значимости живых организмов в экосистемах. Растения - продуценты (производители органического вещества), животные - консументы (потребители органического вещества). Микроорганизмы - редуценты (разлагатели органического вещества).

7. Появление новых методов в практике экологических исследований (мониторинг, моделирование, прогнозы, экспресс-контроль и др.).

8. Развитие теории экологической грамотности. Учебная дисциплина «Экологии» введена в содержание обучения в общеобразовательных школах и в высших учебных заведениях.

9. Разработка стратегии защиты жизнеспособности планеты, которая направлена на обеспечение устойчивого развития человечества, сохранение лесов, вод, почвы, атмосферы и биологического разнообразия.

Таким образом, современная экология, превратилась из сугубо биологической дисциплины в отрасль знаний, занимающуюся сложнейшими вопросами современности (политическими, идеологическими, экономическими, этическими и др.) и явилась своеобразным узлом, в котором объединяются различные направления науки и человеческой практики.