Биогеоценология

Второй  этап – продолжение накопления фактического материала античными учеными, средневековый застой. Древняя Греция: Гераклит (530-470 лет до н.э.), Гиппократ (460-370 лет), Аристотель (384-322 лет до н.э.).

Аристотель создал Ликей (школу) и при нем сад. В «Истории животных» он описал более 500 видов животных, классифицируя их по образу жизни, а его ученик, друг и преемник Теофраст (Парацельз, он же Тиртам, 287-372) описал 500 видов растений.

Теофраст сделал ботанику самостоятельной наукой, отделив  ее от зоологии. Потому его и называют отцом ботаники. Самыми главными работами разностороннего ученого и философа стали "Исследования о ботанике" в 9 книгах.

Древний Рим: Плиний старший (23-79 лет н.э.) в своей многотомной "Философии природы" многие явления  природы рассматривал с подлинно экологических позиций.

Третий  этап – описание и систематизация колоссального фактического материала после средневекового застоя – начался с великими географическими открытиями XIV и XVI веков и колонизацией новых стран – с эпохой Возрождения. Новая географическая и биологическая информация, полученная в экспедициях, заставила переосмыслить многие религиозные догматы. Она не умещалась в той системе мира, которую проповедовала христианская религия. Путешественники из дальних стран привозили неведомых животных и семена неведомых растений. Чтобы разобраться во всем многообразии форм живых существ, необходимо было создать таксономическую систему и, таким образом, осмыслить это разнообразие. И такое осмысление произошло. В первой половине XVIII века Карл Линней создал таксономическую систему животных и растений, которой ботаники пользуются и поныне.

 Помимо бинарной  номенклатуры он разработал терминологию, введя в систематику более  1000 терминов для разных органов  растений и их частей. Линней  много путешествовал по разным  странам, сам открыл и описал  более 1500 видов. 

Известный английский химик Р. Бойль (1627-1691) поставил первый экологический эксперимент по влиянию  низкого атмосферного давления на развитие животных, а Ф. Реди экспериментально доказал, что самозарожденных сложных животных невозможно. Антони ван Левенгук, изобретший микроскоп, был первым в изучении трофических цепей и регуляции численности организмов.

Большой вклад в  развитие экологических представлений  в это время внесли и российские ученые такие, как М.В. Ломоносов (1711-1765), его сподвижник С.П. Крашенинников (1711-1755), П.С. Паллас (1741-1811), И.И. Лепехин (1740-1802). И это не случайно, так как Россия в XVII веке сильно расширила свои границы, выйдя своими восточными рубежами на побережье Тихого океана.

Петр Симон Паллас в работе «Зоогеография» описал образ жизни 151 млекопитающих и 426 видов птиц и его считают одним из основателей «экологии животных».

Основной специальностью Палласа была зоология. Он издал  несколько монографий по млекопитающим, птицам, насекомым. При этом он обладал обширными знаниями во многих науках (сельское хоз-во, медицина, минералогия (на Енисее открыл "Палласов метеорит"), палеонтология (исследовал ископаемые остатки буйвола, мамонта, носорога), археология, этнография, филология и др.), особенно в ботанике. Он задумал издать многотомную сводку русской флоры с полным описанием и рисунками всех растений, но подготовить успел только 2 тома. Опубликовал около 170 работ. В честь Палласа назван вулкан на Курильских островах, риф у Новой Гвинеи, множество видов животных. На Дальнем Востоке его имя носят желтушник, мытник, лютик и аяния

Сходный путь в науке  прошел и Степан Петрович Крашенинников. После 9-летней экспедиции на Камчатку он опубликовал "Описание земли Камчатки", вошедшее в золотой фонд естественноисторической  литературы.

Русский малоизвестный  ученый А.А. Каверзнев (годы жизни неизвестны) издал в 1775 г. книгу «О перерождении животных», в которой рассматривал вопрос об изменениях животных с экологических  позиций и сделал вывод об их едином происхождении. Другой русский исследователь  – первый агроном России, А.Т. Болотов (1738-1833), изучая влияние минеральных солей на молодые яблони, разработал классификацию местообитаний растений.

Таким образом, к  концу XVIII, по мере все большего накопления знаний, у естествоиспытателей начал  складываться особый подход к изучению явлений природы, учитывающий зависимость  изменения организмов от окружающих условий, и появилась предпосылка  экологических идей.

Четвертый этап ознаменовал начало в становлении экологии. В начале XIX в. выделяются в самостоятельные отрасли экология растений и экология животных. Ученые этого времени анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, приспособляемость и приспособленность.

Профессор Московского  университета Карл Францов Рулье (1814-1858) четко сформулировал мысль о том, что развитие органического мира обусловлено воздействием изменяющейся внешней среды. Считается, что К.Ф. Рулье в своих трудах (160 работ) заложил основы экологии животных, поставил проблемы адаптации, миграции, изменчивости, ввел понятие "стация". Он ближе всех подошел к эволюционной теории Дарвина, но прожил всего 44 года.

Огромную роль в  развитии экологических идей сыграл – основоположник биогеографии и  экологии растений немецкий ученый, заложивший основы биогеографии – А. Гумбольдт (1769-1859). Он изучал влияние климата (температурного фактора) на распространение растений. В книге «Идеи географии растений» (1807) ввел ряд научных понятий, которые  используются экологами и сегодня (экобиоморфа растений, ассоциация видов, формация растительности и др.).

Важнейшей вехой  в развитии экологических представлений  о природе явился выход знаменитой книги Ч. Дарвина (1809-1882) о происхождении  видов путем естественного отбора, жесткой конкуренции.

После выхода в свет учения Ч. Дарвина – в 1866 г. он предложил  термин для новой науки – «экология», который впоследствии получил всеобщее признание.

Период комплексной  интеграции знаний, « факториальной  экологии» ( 5 этап с середины XIX в. До 40-х гг. XXв.)

Пятый этап – господствует аутэкологическоое направление, т.е. период факториальной аутэкологии – изучение естественной совокупности видов и популяций, непрерывно перестраивающихся применительно к изменению условий среды. Одновременно начали проводиться исследования по надорганизменным биосистемам. Этому способствовало формирование концепции биоценозов, как многовидовых сообществ.

В 1877 г. немецкий гидробиолог  К. Мебиус (1825-1908) на основе изучения устричных  банок в Северном море разработал учение о биоценозе, как сообществе организмов, которые через среду  обитания теснейшим образом связаны  друг с другом. Именно его труд "Устрицы  и устричное хозяйство" положил  начало биоценологическим – экосистемным, или синэкологическим исследованиям. Параллельно с зоологическим направлением в отдельную область обособилось Учение о растительных сообществах (фитосоциология, фитоценология, и далее – геоботаника) и, в какой-то мере, стало опережающим.

В 1910 году на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей и  экологию сообществ. По предложению  швейцарского ботаника К. Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. «autos» – сам и «экология»), а экология сообществ – синэкологией (от греческой приставки «syn», обозначающей «вместе»). Такое деление вскоре было принято и в зооэкологии.

В 1913–1920 гг. повсеместно  стали создаваться разные научные  общества и школы: ботаников, фитоценологов, гидробиологов, зоологов, и т.д., выпускаться журналы, в ряде университетов начали преподавать экологию. В это же время вышло много монографий и учебных пособий по географии растений, экологии животных и растений.

Первые сводки: руководство  к изучению экологии животных Ч. Адамса (1913), книга В. Шелфорда о сообществах наземных животных (1913). 1916 г. – Ф. Клементс показал адаптивность биоценозов и адаптивный смысл этого, 1925 г. – А. Тинеманн ввел понятие "продукция", 1927 г. – Ч. Элтон выделил своеобразие биоценотических процессов, ввел понятие экологическая ниша, сформулировал правило экологических пирамид. К 30-ым годам XX столетия были созданы разные классификации растительности на основе морфологических, эколого-морфологических и динамических характеристик фитоценозов (К. Раункиер – Дания, Г. Ди Рюе – Швеция, И. Браун-Бланке – Швейцария); изучались структура, продуктивность сообществ, получены представления об экологических индикаторах (В.В. Алехин, Б.А. Келлер, А.П. Шенников). В 30-40-е годы составлены новые сводки по экологии животных (К. Фредерикс – 1930 г., Ф. Болденгеймер – 1938).

Выдающуюся роль в развитии биогеоценологических идей сыграли Владимир Васильевич Докучаев (1846-1903) – основоположник научного почвоведения, Георгий Федорович Морозов (1867-1920) – классик лесоводства, и Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) – создатель учения о биосфере.

I. Исключительно  велики заслуги В.В. Докучаева.  К концу XIX в. Он создал учение о природных зонах и учение о почве, как особом биокосном теле (системе). Показал, что почва – это неотъемлемый компонент практически всех экосистем суши нашей планеты. В своем труде "Учение о зонах природы" он писал, «…что ранее изучались отдельные тела, явления и стихии – вода, земля, но не их соотношения, не та генетическая вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой, между растительными, животными и минеральными царствами с одной стороны, человеком, его бытом и даже духовным миром…».

II. Идея В.В. Докучаева о необходимости изучения не отдельных компонентов биоценозов, а связей, существующих между телами, явлениями и средой (водой, землей), между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральным "царством", т.е. закономерностей функционирования природных комплексов, получила развитие в "Учении о лесе" Г.Ф. Морозова. Г.Ф. Морозов дал первое научное определение леса, как географического фактора – глобального аккумулятора солнечной энергии, влияющего на климат, почвы, на уровень кислородного и углеродного баланса планеты и регионов.

III. В 1926 г. была  опубликована книга В.И. Вернадского  "Биосфера", в которой впервые  показана планетарная роль биосферы  как совокупности всех видов  живых организмов. Особо важным  оказался его постулат о том,  что «…на земной поверхности  нет химической силы более  постоянно действующей, а потому  и более могущественной по  своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом…».  В.И. Вернадский намного опередил  свое время 

Открытие биосферы В.И. Вернадским в начале ХХ столетия принадлежит к величайшим научным  открытиям человечества, соизмеримым  с теорией видообразования, законом  сохранения энергии, общей теорией  относительности, открытием наследственного  кода у живых организмов и теорией расширяющейся Вселенной. Он доказал, что жизнь на земле, что биосфера – это хорошо отрегулированная за много сотен миллионов лет эволюции общепланетарная вещественно-энергетическая (биогеохимическая) система, обеспечивающая биологический круговорот химических элементов и эволюцию всех живых организмов, включая и человека. Не только составом атмосферы и гидросферы обязаны мы работе биосферы, но и сама земная кора – это продукт биосферы.

Создав учение о  биосфере, В.И. Вернадский способствовал  зарождению различных направлений  в исследовании взаимодействий и  взаимовлияний живых организмов с косными природными телами. Среди них наиболее ярко выделяются четыре направления в исследовании биосферных явлений и процессов.

1. Учение о ландшафтах, развитое Л.С. Бергом.

2. Учение о физико-географической  оболочке, разработанное А.А. Григорьевым.

3. Учение о биогеохимии  ландшафтов, предложенное Б.Б. Полыновым  и развитое В. А. Ковдой.

4. Учение о биогеоценозе (биогеоценология), созданное В.Н.  Сукачевым.

В развитие науки  о биоценозах большой вклад внесли многие российские ученые. Д.Н. Кашкаров (1878-1941), автор первого в России учебника по основам экологии животных (1938), книг «Среда и общество», «Жизнь пустыни». По его инициативе регулярно издавался сборник «Вопросы экологии и биоценологии». Е.Н. Синская (1948) провела исследования по выявлению экологического и географического полиморфизма видов растений. И.Г. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм. М.С. Гиляров (1949) выдвинул предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши. Исследования С.С. Шварца эволюционной экологии позвоночных животных привели к возникновению палеоэкологии, задачей которой является восстановление картины образа жизни вымерших форм. Л.Г. Раменский разработал закон индивидуальности видов и теорию экологического континуума. Учение о растительных сообществах, благодаря русским ученым С.И. Коржинскому (1861-1900) и И.К. Пачоскому (1864-1942), выделилось в фитосоциологию, или фитоценологию, позднее в геоботанику.

Шестой  этап – 40-70 гг. XX века, отражает новый – системный, подход к исследованиям природных систем – в основу его положено изучение процессов материально-энергетического обмена. Идет развитие количественных методов и математического моделирования.

Г. Гаузе в начале 40-х годов прошлого столетия указал на важность трофических связей, как основного пути для потоков энергии через природные системы. Вслед за Гаузе, в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли ввел понятие экосистемы. Основное достижение А. Тенсли заключается в успешной попытке интегрировать биоценоз с биотопом на уровне новой функциональной единицы – экосистемы. Почти одновременно с А. Тенсли, В.Н. Сукачев в 1942 г., следуя Г.Ф. Морозову, разработал систему понятий о лесном биогеоценозе, как о природной системе, однородной по всем параметрам. Биогеоценоз В.Н. Сукачева – практически полный аналог экосистемы А. Тенсли. Главное в его понятии – общая идея о единстве живой и неживой природы, общности круговорота веществ и превращениях энергии, которые можно выразить через объективные количественные характеристики. В том же 1942 г. американским ученым Р. Линдеманном были изложены основные методы расчета энергетического баланса экологических систем.

В.Н Сукачев  – создатель учения о биогеоценологии.

Среди целой плеяды блестящих ученых-натуралистов XIX и  ХХ вв. (В.И. Вернадский, К.К. Гедройц, Б.Б. Полынов, И.П. Бородин, Н.И. Вавилов, Л.С. Берг, И.В. Тюрин, Г.Ф. Морозов, А.А. Григорьев  и др.) Владимир Николаевич Сукачев  занимает особое место.

Большинство биографов  и исследователей научной деятельности Сукачева склонны признавать его  только выдающимся ботаником, создавшим  отечественную школу фитоценологов или геоботаников. Вместе с тем у лесоводов Владимир Николаевич — признанный глава школы дендрологов и создатель лесной типологии и лесной биогеоценологии, всемирно известной и применяемой во многих странах мира.

Геологи-четвертичники считают его своим многолетним научным руководителем, президентом Четвертичной комиссии АН СССР. В.Н. Сукачев – авторитет в вопросах и определения возраста четвертичных отложений и реконструкции ландшафтов плейстоцена. Им созданы соответствующая школа палинологии.

Он создал научное  болотоведение и впервые разработал методику определения возраста торфяных и сапропелевых отложений.

Генетики и селекционеры связывают с именем Владимира  Николаевича развитие исследований по селекции в лесоводстве. Он впервые  обратил внимание на преодоление  времени в лесоводстве путем  селекции древесных пород (Сукачев, 1933, 1934).

Разработкой основ  биогеоценологии, этой новой науки  географического цикла, В.Н. Сукачев, прежде всего, подтвердил свое географическое кредо. Он впервые применил экспериментальный  метод для решения географических проблем, показал, что всю многогранную значимость взаимосвязей растительности со средой и разносторонние взаимодействия растений в фитоценозах следует  изучать экспериментально и в  географическом плане.

Можно утверждать, что создание биогеоценологии в  значительной, если не решающей мере явилось  результатом обобщения широких  экспериментальных работ, осуществлявшихся В.Н. Сукачевым при стационарных и экспедиционных исследованиях. Все  они в наибольшей степени были направлены на выявление механизмов взаимодействия растений друг с другом, с отдельными компонентами биогеоценоза как особой элементарной природной  системы и проводились в течение  долгого времени. Биогеоценотические аспекты В.Н. Сукачевым сформулированы в результате глубокого переосмысливания и переоценки исследований по большинству  разделов естествознания.

Современное направление  и задачи биогеоценологии.

Седьмой этап – со второй половины 20 века до наших дней. Смысл и сущность биогеоценологии раскрывается в самом определении центрального понятия, данном В. Н. Сукачевым: «Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии»

В современной биосфере одним из наиболее значимых факторов, определяющих ее состояние, стала деятельность Человека. Наука биогеоценология становится все более востребованной.

Только биогеоценотический подход, т.е. изучение количественных характеристик  взаимосвязей в комплексах живых  организмов, взаимоотношений организмов между собой, а также между живой составляющей природных комплексов и неживой природой, дает практически неограниченные возможности для системного видения вещественных и энергетических взаимосвязей.

Он позволяет сравнивать между  собой разные типы биогеоценозов, разные ландшафты, разные системы, строить  общие модели и выходить на самый  высокий – биосферный уровень, решая  задачи уже не регионального, а глобального  масштаба.

Зная законы формирования и функционирования экосистем, можно влиять на них, можно  предвидеть и предупредить их разрушение в результате воздействия на них  негативных факторов, рационально использовать природные ресурсы и предусмотреть  охранные мероприятия, а в итоге  – сохранить среду обитания человека, как вида.

Задачи:

1 – разработать единые методики (в СССР под руководством В.Н.  Сукачева и Н.В. Дылиса составлена «Программа и методика биогеоценологических исследований», основное руководство и поныне», 1974);

3 – определение запасов, фракционной  структуры растительной массы,  как основы всех видов биоресурсов,  конкретных биогеоценозов в разных  регионах;

2 – последующая интеграция полученных  данных (вышло очень много сводок, монографий по первичной продуктивности);

4 – построение моделей продукционных  процессов.

На протяжении нескольких десятилетий  ведутся исследования по программе  ЧиБ(Человек и Биосфера) – разные направления мониторинга, моделирование, расширяются стационарные исследования разного уровня и т.д.

Специфика 7 этапа – отказ от примата конкурентных взаимоотношений  в ценозе; в фитоценологии смена парадигмы дискретности на парадигму континуальности; развитие методов и теории экологического мониторинга.

В последнее десятилетие произошло  объединение ряда тенденций последних  периодов. Учеными признается как  континуальность, так и дискретность растительного покрова – в  природе есть и то и это, формируется  новая парадигма – биологического разнообразия.

Биосфера – верхняя оболочка планеты, обязанная свои происхождением живым организмам.

Список литературы:

Воронов А.Г. Геоботаника. Учеб. Пособие для  ун-тов и пед. ин-тов. Изд. 2-е. М.: Высш. шк., 1973. 384 с.

Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2001. 510 с.

Зонн С.В. Владимир Николаевич Сукачев: 1880-1967. М.: Наука, 1987. 252 с.

Сукачев В.Н. Основы лесной типологии и биогеоценологии. Избр. тр. Л.: Наука, 1972. Т. 3. 543 с.

Программа и методика биогеоценологических исследований / Изучение лесных биогеоценозов / М.: Наука, 1974. С. 281-317.

Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 2003. 512 с.

Плавильщиков  Н.Н. Гомункулус. М.: Детгиз, 1958. 431 с.