Глава 2 ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ НА СУЧАСНОМУ ЕТАПІ РОЗВИТКУ СУСПІЛЬСТВА $ Екологія — це наука про відносини живих істот між собою та з неорганічною природою, що їх оточує, про зв’язки в системах, яким підпорядковане існування організмів, про структуру і функціонування цих систем. Екологія ян наука сформувалася лише в середині минулого століття, після того як було нагромаджено відомості про розмаїття живих організмів иа Землі, про особливості їхнього способу життя. Виникло розуміння того, що не тільки будова і розвиток організмів, а й взаємовідносини з середовищем, в якому вони живуть, підпорядковані певним закономірностям, які заслуговують спеціального і ретельного вивчення. Як і більшість наук, екологія має тривалу передісторію. її відособлення — закономірний етап розвитку наукових знань про природу. Виділившись у системі інших природничих наук, екологія і нині продовжує розвиватися, збагачуючи свій вміст і розширюючи завдання. Сучасна екологія є теоретичною основою раціонального природокористування, вона відіграє провідну роль у розробці стратегії взаємовідносин природи і людського суспільства. У наш час екологія — це розгалужена система наук. Вона поділяється на загальну екологію, що вивчає закономірності зв’язку із середовищем, які властиві всім групам організмів, і на окремі напрями — за екологічною специфікою окремих груп (екологія мікроорганізмів, рослин, ссавців, птахів, риб, комах тощо). У ній виділяють такі галузі, як аут- і синекологія, екологія популяцій. Фізіологічна екологія виявляє закономірності фізіологічних змін, які лежать в основі адаптації організмів. В останні роки розвивається біохімічна екологія, увагу якої спрямовано на молекулярні механізми пристосувальних перетворень в організмах у відповідь на зміну середовища. Палеоекологія вивчає екологічні зв’язки груп, що вимерли, еволюційна екологія — екологічні механізми перетворення популяцій, морфологічна екологія — закономірності будови органів і структур залежно від умов життя. Основний предмет геоботаніки — закономірності розподілу фітоценозів. Екологічною наукою в гідробіологія. Виділяють також екологію наземних екосистем, екологію ландшафтів тощо. Останнім часом розвивається екологія людини, яка включає і цілу низку соціальних проблем. Екологічне мислення стає необхідним для вирішення найневідклад- піших прикладних завдань нашого зкиття. Середовище життя — це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Складники і властивості середовища різноманітні іі мінливі. Будь-яка жива істота живе у складному і мінливому світі, постійно пристосовуючись до нього і регулюючи свою життєдіяльність відповідно до його змін. Пристосування організмів до середовища мають назву адаптації. Здатність до адаптації — одна з основних властивостей життя взагалі, оскільки забезпечує саму можливість його існування, можливість організмів вижити і розмножуватись. Адаптація проявляється на різних рівнях: від біохімії клітин і понеділки окремих організмів до будови і функціонування угрупувапь та екологічних систем. Окремі властивості або частини середовища, які впливають на організми, називаються екологічпнмн чинниками. Чинники середовища різноманітні. Вони можуть бути необхідними чи, навпаки, шкідливими для живих істот, сприяють чи перешкоджають виживанню і розмноженню їх. Екологічні чинники мають різну природу і специфіку дії. Абіотичні чинники — температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, сольовий склад води, вітер, течії, рельєф місцевості — це все властивості неживої природи, що прямо чи опосередковано впливають на живі організми. Біотичні чинники — це форми виливу живих істот одна на одну. Кожен організм постійно відчуває на собі прямий чи опосередкований вплив інших, вступає у зв’язок з представниками свого та інших видів — рослинами, тварииами, мікроорганізмами, залежить від них і сам впливає на них. Навколишній органічний світ — складник середовища кожної живої істоти. Антропогенні чинники — це форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як середовища життя інших видів чи безпосередньо відбиваються па їхньому житті. Розвиток спочатку мисливства, а потім сільського господарства, промисловості, транспорту надзвичайно змінив природу нашої планети. Значення антропогенних впливів па весь живий світ Землі про* довжує стрімко зростати. Один і той самий чинник середовища мас різно значення в житті організмів різних видів, що живуть разом. Наприклад, сильний вітер взимку несприятливий для великих гварип, що живуть відкрито, однак не діє на дрібніших, які ховаються в норах чи під снігом. Сольовий склад грунту має важливе значення для живлення рослин, проте до цього байдужа більшість наземних тварин. Деякі властивості середовища залишаються відносно стійкими протягом тривалих періодів^в еволюції видів. Такими є сила тяжіння, сонячні спалахи, сольовий склад океану, властивості атмосфери. Більшість екологічних чинників — температура, вологість, вітер, опади, наявність укриття, їжі, хижаки, паразити, конкуренти тощо — дуже мінлива в просторі та часі. Ступінь мінливості кожного з цих чинників залежить від особливостей середовища життя. Наприклад, температура сильно варіює на поверхні суші, проте майже стала на дні океану чіі в глибині печер. Паразити ссавців живуть в умовах надлишку їжі, зате для хижаків, що живуть вільно, її запаси весь час змінюються залежно від чисельності жерти. Зміни чинників середовища у часі можуть бути: 1) регулярно- періодичними, сила дії яких змінюється залежно від часу доби або сезону року чи припливів і відпливів в океані; 2) нерегулярними, без чіткої періодичності, паприклад, зміни погодних умов у ріалі роки, явища катастрофічного характеру — бурі, зливи, обвали тощо; 3) такими, що діють протягом певних, іноді тривалих відрізків часу, наприклад, похолодання чи потепління клімату, збільшення кількості водоймищ тощо. Екологічні чинники середовища можуть впливати на живі організми по-різному: 1) як подразники, що зумовлюють пристосувальні 8міни фізіологічних і біохімічних функцій; 2) як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування в даних умовах; 3) як модифікатори, що призводять до анатомічних і морфологічних змін організмів; 4) як сигнали, що засвідчують зміни інших чинників середовища. Попри велику різноманітність екологічних чинників, у характері їхнього впливу на організм і в реакціях живих істот у відповідь можна виявити низку загальних закономірностей. Закон оптимуму. Позитивний чи негативний вплив змінного чинника па живі організми залежить передусім від сили його прояву. Як недостатня, так і надмірна дія чинника негативно позначається на життєдіяльності особин. Сприятлива сила впливу називається зоною оптимуму екологічного чинника або його оптимумом для організмів даного виду. Чим сильніші відхилення від оптимуму, тим більше пригнічує даний чинник життєдіяльність організму (зона песимуму). Значення чинника, що переносяться максимально і мінімально,— це критичні точки, за межами яких існування вже неможливе, настає смерть. Критичпі точки обмежують ступінь витривалості, яка називається також екологічною властивістю живих істот відносно конкретного чинника середовища. Представники різних видів дуже відрізняються один від одного як за положенням оптимуму, так і за екологічною валентністю. Наприклад, песці в тундрі можуть переносити коливання температури повітря в діапазоні близько 80°С (від +30 до —55 °С), тоді як тепловодні рачки Соріїіа тігаЬіІіз витримують зони температури води в інтервалі не більше нія* 6 °С (від +23 до +29 °С). Одна й та ж сила прояву чинника може бути оптимальною для одного виду, пссимальпою — для другого І виходити за межі витривалості для третього. Широку екологічну валентність виду залежно від абіотичних чинників середовища позначають додаванням до назви чинника префікса «еври». Евритермні види — це ті, що витримують значні коливання температури, еврибатпі — що витримують широкий діапазон тиску, евригалинні — що піп римують засолення середовища різного ступеня. Нездатність переносити значні коливання чинника, або вузька екологічна валентність, характеризується префіксом «стено» — стенотермні, стенобатні, стеногалинпі види тощо. У ширшому сенсі слова види, для існування яких необхідні суворо визначені екологічні умови, називають стенобіонтними, а ті, що здатні пристосовуватися до різних екологічних обставин,— сврибіонтнпми. ІІеоднозпачність дії чинника на різні функції. Кожеп чинник неоднаково впливає на різні функції організму. Оптимум для одних процесів може бути песимумом для інших. Так, температура повітря від +40 до +45 °С у холоднокровних тварин значно збільшує швидкість обмінних процесів в організмі, однак гальмує рухову активність, і тварини впадають у теплове заціпеніння. Для багатьох риб температура води, що є оптимальною для дозрівання статевих продуктів, водночас несприятлива для ікрометаппя, що здійснюється в умовах іншого температурного інтервалу. Життєвий цикл, в якому у певні періоди організм здійсшое переважно ті або іпші функції (живлення, ріст, розмноження, розселення тощо), завжди узгоджений із сезонними змінами комплексу чинників середовища. Рухливі організми можуть також міняти місця поселення для успішного здійснення усіх життєвих функцій. Мінливість, варіабельність і різноманітність реакцій у відповідь на дію чинників середовища в окремих особин виду. Ступінь витривалості, критичні точки, оптимальна і песимальна зони окремих індивідів не зберігаються. Ця мінливість визначається як успадкованими якостями особин, так і статевими, віковими і фізіологічними відмінностями. Наприклад, у метелика млинової вогнівки, одного із шкідників борошна і зернових продуктів, критична мінімальна температура для гусениць —7 °С, для дорослих форм —22 °С, а для яєць —27 °С. Мороз 10 °С знищує гусепиць, проте пе є небезпечним для імаго та яєць цього шкідника. Отже, екологічна валентність виду завжди ширша за екологічну валентпість кожної окремої особини. До кожного із чинників середовища види пристосовуються відносно незалежним шляхом. Ступінь витривалості до будь-якого чинника не означає відповідної екологічної валентності виду стосовно решти чинників. Наприклад, види, що переносять широкі зміни температури, зовсім не обов’язково повинні бути пристосованими до широких коливань вологості чи сольового режиму. Евритермні види можуть бути стеногалинними, стенобатними або навпаки. Екологічні валентності виду відносно різних чинників можуть бути різноманітними. Це створює надзвичайну розмаїтість адаптації в природі. Сума екологічних валентностей стосовно окремих чинників середовища становить екологічний спектр виду. Екологічні спектри окремих видів не збігаються. Кожен вид специфічний ва своїми екологічними можливостями. Навіть у близьких за способами пристосування до середовища видів існують відмінності щодо тих або інших окремих чинників. Правило екологічної індивідуальності видів було сформульовано російським ботаніком Л. Г. Раменським (1924) стосовно рослин, а потім широко підтверджено й зоологічними дослідженнями. Взаємодія чинників. Оптимальна зона і межі витривалості організмів відносно певного чинника середовища можуть змішуватись залежно від того, в якою силою і в якому поєднанні діють одночасно інші чинники. Ця закономірність дістала назву взаємодії чинників. Наприклад, спеку краще переносити в сухому, а не вологому повітрі. Загроза замерзнути значно більша на морозі з сильним вітром, ніж у безвітряну погоду. Таким чином, один і той же чинник у поєднанні з іншими виявляє неоднакову екологічну дію. Навпаки, одного і того самого результату можна досягнути різними шляхами. Наприклад, в’янення рослин можна припинити шляхом збільшення кількості вологи в грунті або зниження температури повітря, що зменшує випаровування. Створюється ефект часткової взаємозамінності чинників. Разом з тим взаємна компенсація дії чииників середовища мав певні межі і повністю замінити один з них іншим неможливо. Цілковита відсутність води чи хоча б одного з основних елементів мінерального живлення унеможливлює життя рослин навіть у разі найсприятливішого поєднання інших умов. Крайній дефіцит тепла у полярних пустелях не можна компенсувати ні багатством вологи, ні цілодобовим освітленням. Враховуючи у сільськогосподарській практиці закономірності взаємодії екологічних чинників, можна вміло підтримувати оптимальні умови життєдіяльності культурних рослин і свійських тварин. Правило обмежуючих чинників. Чинники середовища, що найбільше віддаляються від оптимуму, особливо утруднюють можливість існування виду в даних умовах. Якщо хоча б один із екологічних чинників наближається до критичних величин чи виходить ва межі їх, то, незважаючи на оптимальне поєднання решти умов, особинам загрожує загибель. Такі чинники, що сильно відхиляються від оптимуму, пабувають першорядного значення в житті виду чи окремих його представників у кожний конкретний відрізок часу. Обмежуючі чинники середовища визначають географічний ареал виду. Природа цих чинників може бути різною. Так, просування виду на північ може лімітуватися нестачею тепла, в арндпі райони — нестачею вологи або надто високими температурами. Чинником, який обмежує поширення, можуть бути і біотичні відносини, наприклад, зайнятість території сильнішим конкурентом або нестача запильників для рослин. Так, запилення смоківниці цілковито залежить від єдиного виду комах — оси ВІазІорЬада рзепез. Батьківщина цього дерева — Середземномор’я. Завезена у Каліфорнію, смоківниця не плодоносила доти, доки туди не завезли ос-запиль- ників. Поширення бобових в Арктиці обмежується відсутністю\ джмелів, що їх запилюють. На острові Діксон, де немає джмелів, по зустрічаються і бобові, хоча за температурними умовами існування там цих рослин можливе. , Щоб визначити можливість існування виду в даному географіч-; ному районі, треба насамперед з’ясувати, чи не виходять якісь чинники середовища за межі його екологічної валентності, особливо у найбільш уразливий період розвитку. Виявлення обмежуючих чинників дужо важливе у практиці сільського господарства, оскільки, спрямувавши основні зусилля на усунення їх, можна швидко й ефективно підвищити урожайність рослин або продуктивність тварин. Так, на дуже кислих грунтах урожай пшениці можна дещо збільшити, вдаючись до різних агрономічних заходів, проте найкращий ефект матимемо тільки завдяки вапнуванню, яке нейтралізує обмежуючу дію кислотності. Отже, знання обмежуючих чинників — це ключ до управління життєдіяльністю організмів. У різні періоди життя особин як обмежуючі виступають різні чинники середовища, тому треба вміло і постійно регулювати умови життя вирощуваних рослин і тварин. В останні роки особливу тривогу громадськості викликав погіршення екологічної обстановки в Україні. Причин, які призвели до такої ситуації, багато. Але передовсім — це намагання людини одержати уявну максимальну вигоду без урахування негативних наслідків як для навколишнього середовища, так і для самої людини та її нащадків.^Тому екологізація будь-якої діяльності, у тому числі й виробничої, повинна стати об’єктивною необхідністю для кожного підприємства, галузі, всього народногосподарського комплексу. ^ Уже половина хлібної ниви на Україні зазнала ерозії, чого не було протягом усієї п’ятитисячолітньої історії розвитку землеробства в українському лісостену. Через забруднення води деградують Чорне та Азовське моря. Втратили половину лісового покриву Карпати. Гинуть повітря, земля, води, рослинність. Знищуються цінності, які природа творила мільйони років. Екологічна ситуація в Україні загострюється у зв’язку з розвит- ком промисловості, ростом міст, погіршенням стану водних об’єктів^' | У Маріуполі металургійні комбінати викидають на кожного жите- , ля понад 1 т шкідливих відходів виробництва за рік, у Донецьку такі отруйні речовини, як феноли, азотні та сірчисті сполуки, пере- ефект. Це проявляється насамперед у поліпшенні здоров’я населення внаслідок споживання біологічно чистої сільськогосподарської продукції, зменшенні забруднення водних та земельних ресурсів, повітряного басейну. ч-— Біосфера являє собою основу людського благополуччя і здоров’я. Тому підтримка життя па Землі в усьому його розмаїтті — необхідна умова здоров’я людини. Останніми роками дедалі частіше розглядається екологічний аспект здоров’я, при цьому підкреслюється, що людина — складна біосоціальна система, продукт довгої біологічної та соціальної еволюції, в процесі якої формувались її біологічні потреби, екологічні програми, тобто генетично детерміновані вимоги до середовища проживання, тілесні та нейрофізіологічні особливості організму. Усі перераховані властивості людини формувались і проявлялись у відносно стабільних атмосферних, фізико-хімічних, гравітаційних та інших природних умовах. Ріпка зміна чинників середовища протягом життя одного покоління ставить їх у протиріччя з біологічними можливостями людини та її соціальним оточенням, до якого людина еволюційно не підготовлена і перед яким біологічно не захищена. Назріла необхідність розглядати людину не тільки із соціально-економічної, а й з екологічної точки зору. Соціальна адаптація людини передбачає не лише збереження, а й поліпшення природних, еволюційно сформованих чинників середовища. Науковий підхід до вирішення найважливіших соціальних проблем можливий тільки на основі обліку біологічних властивостей людини і її різнобічних зв’язків з біосферою. Так, задоволення потреб населення Землі в продуктах харчування (щодо їх кількості та якості) залежить від продуктивності біосфери, яка повинна неодмінно підвищуватись у зв’язку зі збільшенням чисельності населення. Цього можна досягти тільки в разі суворого дотримання законів життя та еволюції екосистем. При цьому слід домагатися того, щоб енергетичні потреби людей задовольнялися достатньою кількістю різноманітних продуктів, кожному із них належить специфічна роль в обміні речовин. Потреба в різноманітних продуктах харчування сформувалась еволюційно, і її задоволення відіграв важливу роль у підтриманні здоров’я. Першочергове значення і в майбутньому будуть відігравати традиційні продукти харчування, до яких максимально адаптований людський організм, його системи травлення, ферментні системи та ін. Уведенню до харчового раціону будь-якої нової речовини, яку одержано шляхом штучного синтезу, повинно передувати ретельне вивчення її впливу на обмінні процеси людського організму. Більшість учених при цьому керуються екологічною концепцією ланцюгів живлення, що формувалися в процесі еволюції та сільськогосподарської діяльності людей. Людина стала кінцевою ланкою чисельних ланцюгів живлення, які необхідно враховувати, вирішуючи питання, пов’язані з хімізацією сільського господарства і включенням у біологічний кругообіг екологічних систем нових хімічних засобів. Багато хімічних речовин, що мають кумулятивні властивості, накопичуються в кожному наступпому ланцюзі живлення 1 найбільшою мірою в організмі людини, порушуючи при цьому обмінні процеси. Загальновідомо, що хімізація сільського господарства впливав на етап здоров’я населення. Це являв собою приклад того, як перетворення природи вступав в протиріччя з пристосовними можливостями людини. Окрім того, створення техногенних зон, великих міст докорінно змінює екологічні умови життя людини і служить найважливішим екологічним чинником, який призводить до зміни хвороб, структури захворювання та смертності. Так, в індустріально розвинутих країнах ураження серцево-судинної системи е причиною більше ніж 50 % випадків смерті. Друге місце за показниками смертності посідають злоякісні новоутворення, третє — травматизм. В умовах посилення урбанізації особливого значення набуває психологічна адаптація людини до нових умов життя. Порушення нриродних ритмів адаптації людини до психосоціального середовища спричинює виникнення неврозів, нервово-психічних захворювань. Внаслідок цього в екологічно розвинених країнах підвищився рівень нервово-психічних розладів. По-новому вирішується нині завдання боротьби з інфекційними захворюваннями. Причиною багатьох із них с порушення екологічної рівноваги між мікроорганізмами і людиною. Забруднення середовища проживання, неконтрольоване використання лікарських речовин, особливо антибіотиків та сульфаніламідів, призвело до появи раніше невідомих штамів, порушення симбіотних відносин між мікро- та макроорганізмом і перетворення деяких сапрофітів у патогенні форми, внаслідок чого значного поширення набули ендогенні інфекції (пневмонії, стафілококові, стрептококові та іп.). В останнє десятиріччя збільшилася кількість алергічних захворювань, гострих респіраторних вірусних інфекцій, захворювань на грип. Серед основних причин таких явищ — забруднення атмосферного басейну, яке зумовлює запальні процеси та алергізацію органів дихання і підвищує сприйнятливість організму до збудників хвороб. Забруднення середовища проживання призводить до збільшення кількості фізичних, хімічних та біологічних мутагенів, які спричинюють генні та хромосомні перебудови, що негативно позначаться на розвитку майбутніх людей. Внаслідок поєднання дії хімічних речовин, вірусів грипу та стафілококових інфекцій підвищується частота захворювань на рак легенів і смертність від нього через 1—»2 роки після чергових пандемій грипу. Цей зв’язок пояснюється тим, що в промислових центрах вірус діє на тлі високої забрудненості навколишнього середовища різними хімічними канцерогенами. Такий взаємозв’язок різних екологічних чинників.