Четыре закона Барри Коммонера

1. Всё связано со всем — в законе отражён экологический принцип холизма (целостности), он основан на законе больших чисел.2. Всё должно куда-то деваться — закон говорит о необходимости замкнутого круговорота веществ и обеспечения стабильного существования биосферы.3. Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами.4. Ничто не даётся даром — закон говорит о том, что каждое новое достижение неизбежно сопровождается утратой чего-то прежнего.

 

Кто такой Барри Коммонер

Б. Коммонер. Замыкающийся круг. Гидрометеоиздат. 1974

В приводимых автором толкованиях сформулированных им законов замечательно наглядно и доходчиво рассмотрены причины, приведшие к нынешнему бедственному состоянию водных ресурсов планеты.

 

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ: ВСЕ СВЯЗАНО СО ВСЕМ

Некоторые из доводов, на которых построено это обобщение, уже обсуждались. Оно отражает существование колоссальной сети связей в экосфере: между различными живыми организмами, между популяциями, видами, а также между отдельными организмами и их физико-химическим окружением. То положение, что экосистема состоит из множества взаимосвязанных частей, где одна воздействует на другую, имеет несколько удивительных следствий. Наша способность представить себе поведение таких систем в значительной степени обязана развитию не столько экологии, сколько науки кибернетики. Ее основные понятия и даже само название — заслуга изобретательного ума Норберта Винера.

Слово «кибернетика» происходит от греческого слова «рулевой»; оно обозначает цепочку событий, которые управляют поведением системы. Рулевой — это часть системы, в которую входят также компас, рулевое устройство и корабль. Если корабль отклоняется от фиксированного компасом курса, стрелка компаса показывает это. Это явление, отмеченное рулевым, влечет за собой другое: рулевой поворачивает штурвал, который возвращает корабль к прежнему курсу. После этого стрелка компаса занимает свое прежнее положение, по курсу, и цикл завершен. Если при небольшом отклонений стрелки компаса рулевой поворачивает штурвал слишком далеко, отклонение корабля от курса опять фиксируется компасом, который сигнализирует рулевому о необходимости дополнительной коррекции, которая производится обратным движением. Таким образом, реализация этого цикла стабилизирует курс корабля.

Точно так же построены стабилизирующие кибернетические связи в экологическом цикле. Возьмем, например, пресноводный экологический цикл: рыба — бактерии,

1

разлагающие органические отбросы — неорганические продукты — водоросли и рыба. Предположим, что необычно теплая летняя погода обусловила быстрый рост водорослей. Это влечет за собой истощение запаса неорганических питательных веществ; таким образом, два сектора круга, водоросли и питательные вещества, выходят из равновесного состояния, но в противоположных направлениях. Механизм экологического цикла, аналогично тому, как это было с кораблем, вскоре возвращает систему к равновесию. Увеличившись в количестве, водоросли становятся более доступной пищей для рыбы, это уменьшает популяцию водорослей, увеличивая количество отбросов у рыб а, следовательно, приводит к увеличению содержания питательных веществ в воде после разложения отбросов. Таким образом, количество водорослей и питательных веществ возвращается к своему первоначальному, равновесному соотношению.

В подобных кибернетических системах правильный курс поддерживается не жестким контролем, но гибкостью. Корабль, например, не движется все время прямолинейно, а совершает синусоидальное движение, попеременно отклоняясь в обе стороны от правильного курса. Частота этих отклонений зависит от относительных скоростей на разных стадиях цикла, таких, например, как скорость, с которой корабль слушается руля.

Экологические системы подчиняются подобным же циклам, хотя они часто смазываются суточными или сезонными вариациями погоды или другими факторами окружающей среды. Наиболее типичным примером подобных экологических колебаний могут послужить периодические флуктуации численности популяций пушного зверя. Например, по данным охотничьего промысла в Канаде известно, что колебания численности кроликов имеют 10-летнюю цикличность. Когда кроликов много, рысь процветает; рост популяции рыси влечет за собой уменьшение популяции кроликов; когда она уменьшается значительно, для возросшего числа рысей начинает не хватать пищи; когда рыси начинают вымирать, их охота на кроликов становится менее интенсивной и последних становится больше. И так далее. Эти колебания являются следствием простой замкнутой связи, когда численность популяции рыси есть возрастающая функция от количества кроликов и когда численность популяции кроликов есть убывающая функция от количества рысей.Подобные осциллирующие системы всегда подвержены опасности гибели: когда колебания достигают слишком большой амплитуды, система уже не может их компенсировать. Допустим, к примеру, что в одном из колебаний связи кролики — рысь рыси уничтожили всех кроликов (или, что то же самое, всех, кроме одного). Теперь популяция кроликов уже не может быть восстановлена. Рыси начинают вымирать, так как отсутствует пища; но на этот раз уменьшение численности рысей не влечет за собой восстановления численности кроликов. Рыси вымирают полностью. Система кролики — рыси приходит к гибели.То, что мы называем «эвтрофикацией», также напоминает экологический упадок. Если содержание питательных веществ в воде становится настолько высоким, чтобы стимулировать быстрый рост водорослей, плотная популяция водорослей не может существовать долго. Поскольку толщина слоя водорослей растет, резко уменьшается поступление в нижние слои воды света, необходимого для фотосинтеза; поэтому любой скачок в развитии водорослей сопровождается

2

быстрой их гибелью и появлением органических останков. Содержание их в воде может достичь настолько высокого уровня, что на их разложение уйдет весь кислород, растворенный в воде. Но тогда погибнут разлагающие бактерии, так как без кислорода они не могут существовать. Совершенный механизм водной экосистемы приходит в упадок.Динамика поведения кибернетической системы — например частота ее собственных колебаний, быстрота ее реакции на внешние изменения и общая скорость ее функционирования — зависят от относительных скоростей, характерных для отдельных ее звеньев. В корабельной системе реакция стрелки компаса длится доли секунды, рулевого — несколько секунд, корабля — минуты. Эти различия в быстроте реакции порождают, например, характерную частоту колебаний курса корабля около правильного его значения.В водной экосистеме каждому биологическому звену также свойственна своя характерная скорость реакции, которая зависит от скорости метаболических процессов и размножения соответствующих организмов. Так, для появления нового поколения рыбы необходимо несколько месяцев, водорослей – несколько дней, разлагающие бактерии способны размножаться за несколько часов. Скорость метаболизма этих организмов, то есть скорость, с которой они усваивают питательные вещества, используют кислород или продуцируют отбросы, связана обратной зависимостью с их размерами. Если скорость метаболизма рыбы принять за единицу, то для водорослей эта скорость будет составлять около 100, а для бактерий — порядка 10000 единиц.Для того чтобы вся циклическая система в целом оставалась в равновесии, необходимо, чтобы общая скорость ее внутренних процессов управлялась наиболее медленным звеном, в данном случае — ростом и метаболизмом рыб. Любое внешнее воздействие, которое ускоряет часть цикла и тем самым заставляет какую-то одну часть системы работать быстрее, чем система в целом, приводит к неблагоприятным последствиям. Так, например, скорость продуцирования рыбой отбросов определяет скорость метаболизма разлагающих бактерий и скорость потребления кислорода в процессе разложения. При равновесном состоянии системы кислород, который необходим для поддержания жизнедеятельности разлагающих бактерий, продуцируется водорослями и приходит из атмосферы. Предположим, что скорость поступления в систему органических отбросов резко возросла, например за счет сброса сточных вод. Теперь бактерии имеют дело с намного большим количеством органических отбросов, чем обычно; при большой скорости своего метаболизма они быстро расширяют свою активность на возросших запасах органических веществ. В результате скорость потребления кислорода разлагающими бактериями легко может превысить скорость продуцирования кислорода водорослями (а также скорость его поступления из атмосферы), содержание кислорода в воде приблизится к нулю и система погибнет. Таким образом, скорости отдельных процессов цикла соответствуют естественному равновесию, которое достигается и поддерживается лишь при условии отсутствия внешних вмешательств в систему. Когда в цикл вторгается новый фактор, он не контролируется внутренними самоуправляемыми связями и представляет угрозу для стабильности всей системы.Экосистемы имеют значительные различия в своих динамических характеристиках и, следовательно, в скоростях, с которыми они реагируют на внешние изменения

3

или движутся к катастрофе. Например, водные экосистемы отличаются более быстрыми кругооборотами, чем почвенные. Так, один ар густонаселенной прибрежной полосы моря или ар рыбохозяйственного пруда дает за год приблизительно в 7 раз больше органического вещества, чем ар нивы, занятый люцерной. Медленный оборот почвенного цикла объясняется довольно низкой скоростью одного из множества составляющих его звеньев — высвобождения питательных веществ из почвенных запасов органических веществ; этот процесс намного медленнее, чем соответствующий процесс в водных системах.Величина нагрузки, которую может выдержать экосистема, также есть результат различных ее внутренних взаимосвязей и относительных скоростей реакции на внешние воздействия. Чем сложнее экосистема, тем большие нагрузки она способна выдержать. Вернемся к системе кролики — рыси: если бы рыси имели другой вид пищи, то они пережили бы внезапное исчезновение кроликов. Таким образом, ответвление, открывая альтернативные пути, повышает устойчивость экосистемы к нагрузкам. Большинство экосистем настолько сложны, что их циклы представляют собой не просто круги, а пересекающиеся разветвления, походящие на паутину. Подобно сети, каждый узел которой связан с другими несколькими нитями, наша система более устойчива, чем простой, «не ветвистый» круг нитей, который достаточно разрезать в любом месте, для того чтобы разрушить все сразу. Загрязнение окружающей среды служит сигналом того, что экологические петли где-то разрезаны и, следовательно, система значительно упростилась, став, таким образом, более чувствительной к нагрузкам и ближе к гибели.Обратные связи в экосистемах часто приводят к усилению важнейших процессов. Например, тот факт, что в пищевых цепочках мелкие организмы поедаются более крупными, а те, в свою очередь, — еще большими, неизбежно приводит к концентрированию определенных элементов окружающей среды в тканях организмов, находящихся в вершине пищевой пирамиды. Для всех мелких организмов характерна более высокая скорость метаболизма, чем у крупных, поэтому количество окисляющейся пищи по отношению к массе тела у них больше. Следовательно, животные, находящиеся в вершине пищевой пирамиды, зависят от потребления значительно большей массы организмов, находящихся в основании пирамиды. Поэтому всякое вещество, которое не участвует в метаболизме, но содержится в организмах нижних звеньев пищевой цепочки, будет накапливаться в тканях представителей верхнего звена. Так, если принять концентрацию ДДТ (который практически не участвует в метаболизме) в почве за единицу, то концентрация его в организме земляного червя составит 10—40 единиц, а в организме глухаря, питающегося земляным червем, — 200 единиц.Все это следует из простого факта: все связано со всем. Система стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам; эти же свойства под влиянием внешних перегрузок могут привести к драматической развязке; сложность экологической системы и скорость ее кругооборота определяют степень нагрузки, которую она может выдержать; экологическая сеть подобна усилителю: небольшой сдвиг в одном месте может вызвать отдаленные, значительные и долговременные последствия.

ВТОРОЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ: ВСЕ ДОЛЖНО КУДА-ТО ДЕВАТЬСЯ

4

Это, разумеется, просто неформальная перефразировка фундаментальною физического закона — материя не исчезает. В применении к экологии этот закон означает, что в природе не существует такой вещи, как «мусор». В любой природной системе экскременты и отбросы одних организмов служат пищей для других. Углекислый газ, который выделяют животные как отходы дыхания, — это превосходное питательное вещество для зеленых растений. Растения «выбрасывают» кислород, который используется животными. Органические отбросы животных служат пищей для разлагающих бактерий. Их отбросы — неорганические вещества, такие как азот, фосфор и углекислый газ, — становятся пищей для водорослей.

Последовательные попытки ответить на вопрос «куда все идет?» могут дать удивительно много информации об экосистемах. Рассмотрим, к примеру, судьбу отдельных предметов домашнего обихода, содержащих ртуть — вещество, которое оказывает, как это недавно выяснилось, серьезное воздействие на окружающую среду. Сухая батарейка, содержащая ртуть, покупается, используется по назначению и «выбрасывается». Но что происходит с нею дальше? Сначала она попадает в мусорный контейнер; затем контейнер отвозят на мусоросжигательную станцию. Здесь ртуть нагревается; она образует ртутные пары, которые выбрасываются через трубу, но ртутные пары токсичны. Ветер подхватывает их, и в конце концов они осаждаются на землю с дождем или снегом. Попав, скажем, в горное озеро, ртуть конденсируется и опускается на дно. Здесь ее перерабатывают бактерии, превращая в метилированную ртуть. Она растворяется в воде и поглощается рыбой; поскольку ртуть не участвует в метаболизме, она накапливается в органах и в мясе рыбы. Рыба вылавливается и съедается человеком, и ядовитая ртуть откладывается в его органах. И так далее.

Прослеживание экологических траекторий — отличное и эффективное средство для того, чтобы опровергнуть распространенное представление о том, что вещи, ставшие бесполезными, просто «исчезают», когда их выбрасывают. Ничто не «исчезает», то или иное вещество просто перемещается с места на место, переходит из одной молекулярной формы в другую, оказывая влияние на жизненные процессы любого организма, частью которого оно становится на некоторое время. Одна из главных причин нынешнего кризиса окружающей среды состоит в том, что огромные количества веществ извлечены из земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». В результате пагубно большие количества веществ нередко накапливаются в тех местах, где, по природе, их не должно быть.

ТРЕТИЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ: ПРИРОДА ЗНАЕТ ЛУЧШЕ

Насколько мне известно, этот принцип встречает значительное сопротивление, поскольку он противоречит глубоко укоренившейся уверенности в том, что человеческие существа обладают уникальной компетентностью. Одной из наиболее характерных особенностей современной технологии является представление, что она призвана «улучшить природу» — обеспечить такие

5

продукты питания, одежду, жилище и средства коммуникации, какие природа не может предоставить. В то же время, будучи плохо сформулирован, третий закон экологии утверждает, что любое крупное антропогенное изменение природной системы вредно для нее. Это, пожалуй, крайняя точка зрения, тем не менее, я думаю, что в таком утверждении содержится немалая доля истины, если рассматривать его в определенном контексте.Я думаю, что для пояснения этого принципа полезно прибегнуть к аналогии. Предположим, вы открываете заднюю крышку ваших часов, закрываете глаза и тыкаете карандашом в рабочий механизм. Почти неизбежно часы будут повреждены. Однако этот результат не абсолютно неизбежен. Существует какая-то вероятность, что часы ходили неправильно и карандаш случайно исправил их. Однако такой исход чрезвычайно маловероятен. Возникает вопрос, почему? Ответ самоочевиден: в часах воплотилось очень многое из того, что технологи называют «исследованием и развитием» (или, более фамильярно, «R и D», англ. research and development). Это означает, что за долгие годы целая армия часовщиков, каждый из которых учился у своего предшественника, опробовала всевозможные усовершенствования, отбросила то, что не способствовало хорошему функционированию системы в целом, и оставила лучшее. В результате существующий ныне часовой механизм представляет собой продукт тщательного отбора из огромного многообразия возможных вариантов составных частей, конструктивных схем рабочего механизма. Любая попытка наугад изменить что-либо попадет, вероятно, в тот класс несостоятельных или вредных переделок, которые были опробованы и отброшены в процессе эволюции производства часов. Перефразировав наш закон в применении к закону часов, можно сказать: «часовщик знает лучше».Эта аналогия полна глубокого смысла, когда мы рассматриваем биологические системы. Можно вызвать целый ряд случайных наследственных изменений в живых существах, если подвергать их воздействию таких агентов, как рентгеновское излучение или гамма-излучение, которые увеличивают частоту мутаций. Вообще такое облучение повышает вероятность всех видов мутаций, которые в природе наблюдаются очень редко, и поэтому оно чревато всевозможными изменениями. Но для нас очень существенно то обстоятельство, что почти все мутации, вызываемые упомянутыми излучениями или другими средствами, губительны для организма, и в большинстве случаев настолько, что организм погибает, не успев даже полностью сформироваться.Другими словами, подобно часам, живой организм, подвергающийся слепым случайным изменениям, почти наверняка будет не улучшен, а сломан. И в обоих случаях объяснение одно — огромное значение «R и D». В каждом живом организме воплощены два или три миллиарда лет «R и D». За это время возникло бесчисленное множество новых особей, организмов, и в каждом случае происходила проверка того, насколько удачными оказались случайные генетические формы. Если изменение снижает жизнеспособность организма, оно убивает его прежде, чем это изменение может быть передано следующим поколениям. Благодаря этому жизнь развила сложный комплекс совместимых деталей, а те возможные конструкции, которые оказались несовместимыми с целым, были отброшены за долгий период эволюции. Таким образом, похоже, что структура организма нынешних живых существ или организация современной природной экосистемы — наилучшая, в том смысле, что они были тщательно

6

отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант скорее всего будет хуже существующего ныне.Этот принцип особенно ярко проявляет себя в сфере органической химии. Живое состоит из многих тысяч различных органических соединений, и иногда представляется, что по крайней мере некоторые из них могут быть улучшены, если заменить их неким искусственным вариантом естественной субстанции. Третий закон экологии утверждает, что искусственное введение органических веществ, не существующих в природе, а созданных человеком и тем не менее участвующих в живой системе, скорее всего принесет вред.Дело в том, что вариации химических веществ, действительно имеющие место в живой материи, намного более ограничены, чем все возможные вариации. Яркая иллюстрация: если сделать по одной молекуле всех возможных типов белка, то суммарная их масса превысит массу всей известной вселенной. Очевидно, что фантастически огромное количество видов белка не создается живыми клетками. На основе сказанного выше можно полагать, что многие из этих возможных типов белка были однажды созданы отдельными живыми организмами, но оказались вредными и исчезли ввиду гибели экспериментального организма. По той же причине живые клетки синтезируют жирные кислоты (тип органической молекулы, которая состоит из цепочек атомов углерода различной длины) с четными числами, характеризующими длину углеродной цепочки (например, 4. 6, 8 и т. д. атомов углерода), но не синтезируют кислот с нечетными числами. По-видимому, последние были однажды опробованы и оказались неудачными. Еще один пример — в живой материи чрезвычайно редки органические вещества, которые содержат связанные атомы азота или кислорода. Это должно свидетельствовать о том, что искусственное введение веществ такого типа было бы опасным. И действительно, такие вещества обычно оказываются токсичными и нередко канцерогенными. Я даже предполагаю, что факт отсутствия ДДТ в природе свидетельствует о том, что когда-то в прошлом какие-то злосчастные клетки синтезировали его молекулу — и погибли.

Один из поразительных фактов в химии живых систем — это то, что для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, существует где-то в природе фермент, способный эту субстанцию разложить. Как следствие, ни одно органическое вещество не будет синтезировано, если нет средств к его разложению; к этому вынуждает все та же цикличность. Поэтому, когда человек синтезирует новое органическое вещество, по структуре значительно отли-чающееся от природных веществ, есть вероятность, что для него не существует разлагающего фермента и это вещество будет накапливаться.

Учитывая эти соображения, я думаю, было бы разумно обратить особое внимание на каждое искусственное органическое вещество, отсутствующее в природе и имеющее сильное воздействие на какой-либо вид организмов, так как впоследствии оно может стать опасным и для других форм жизни. Практически такой взгляд означает, что ко всем искусственным органическим веществам, которые обладают общей биологической активностью, следует относиться так же, как к лекарствам, или, вернее, так, как мы должны относиться к лекарствам, — предусмотрительно, осторожно. Такая осторожность и предусмотрительность, разумеется, невозможны, когда миллионы тонн вещества производятся и широко

7

рассеиваются в экосистеме, где оно может оказать воздействие на огромное количество организмов, находящихся вне сферы нашего наблюдения. Так случилось с детергентами, инсектицидами и гербицидами. Частые катастрофи-ческие результаты нашей деятельности придают особую убедительность точке зрения, что «природа знает лучше».

ЧЕТВЕРТЫЙ ЗАКОН ЭКОЛОГИИ: НИЧТО НЕ ДАЕТСЯ ДАРОМ

Как говорит мой опыт, эта мысль настолько хорошо подтверждается в применении к проблемам окружающей среды, что я решил позаимствовать ее из первоисточника — экономики. «Закон» ведет  свое  происхождение  от  излюбленной  экономистами басни о некоем нефтяном магнате, который решил, что его новоиспеченное богатство нуждается в руководстве экономической науки. И тогда он приказал своим советникам, под угрозой смерти, создать ряд томов, содержащих всю мудрость экономики. Когда тома были готовы, у магната не хватило терпения читать их, и он отдал новый приказ — изложить все экономические знания в одном томе. И так эта история продолжалась (как и все истории подобного рода) до тех пор, пока от советников не потребовали, если они хотят жить, свести всю экономическую науку к одной-единственной фразе. Таково происхождение закона «ничто не дается даром».

В экологии, так же как и в экономике, этот закон призван подчеркнуть, что всякая вещь чего-то стоит. Этот экологический закон объединяет в себе предшествующие три закона. Потому что глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что эта отсрочка слишком затянулась.

Предыдущие страницы были посвящены проведению той мысли, что жизнь на Земле образует сплошную паутину. Была сделана попытка путем логических построений перейти от доступных нам фактов к широким обобщениям. Другими словами, попытка была научной.

Тем не менее трудно игнорировать то смущающее обстоятельство, что окончательные обобщения, возникшие из всего этого, — четыре закона экологии — известны множеству людей и не требуют какого-либо научного анализа или профессиональной подготовки. Сложная паутина связей, пронизывающая всю жизнь, и место в ней человека прекрасно и точно описал в своих поэмах Уолт Уитмен. Довольно хорошее представление о взаимосвязи физических свойств окружающей среды и созданий, которые в ней обитают, можно составить по «Моби Дику»; Марк Твен известен не только как удивительный источник знаний о природе Соединенных Штатов к западу от Миссисипи, но также как острый критик несостоятельности науки, которая оторвалась от жизненной реальности. Как говорит критик Лео Маркс, «всякий, кто знаком с деятельностью американских писателей-классиков (я имею в виду таких, как Купер, Эмерсон, Торо, Мелвилл,

8

Уитмен и Марк Твен), наверное, должен был развить в себе интерес к той области знаний, которую мы недавно научились называть экологией».К несчастью, этого литературного наследия оказалось недостаточно, чтобы спасти нас от экологического бедствия. Кроме того, каждый американец, занятый в области техники, индустрии, сельского хозяйства или официальной деятельности, непричастный к разрушению природной среды или участвовавший в нем, читал (по крайней мере, некоторые вещи) Купера, Эмерсона, Торо, Мелвилла, Уитмена или Марка Твена. Многие из них к тому же туристы, любители птиц или заядлые рыболовы, и потому в какой-то степени лично осведомлены о тех природных процессах, которые наука экология пытается описать. Тем не менее большинство из них было застигнуто врасплох кризисом окружающей среды; они, видимо, не смогли понять, что сегодня леса Торо, реки Марка Твена и океаны Мелвилла в опасности.Растущие миазмы загрязнений помогают нам понять это. Говоря словами Лео Маркса, «теперешний кризис окружающей среды придал истинный, буквальный и даже количественный смысл этому поэтическому образу (человек должен жить в гармонии с природой. — Б. К.)». В этом состоит, быть может, главное значение предпринятой здесь попытки показать, что те простые обобщения, к которым приводит человека тесный контакт с природой, имеют под собой солидную базу в лице фактов и принципов науки экологии. В союзе с наукой эти идеи становятся оружием в борьбе с опасностью, которой грозит природе экологический кризис. В лесах Уолден-Понда или в окрестностях Миссисипи большинство знаний, необходимых для понимания мира природы, может быть получено из собственного опыта. Но для того чтобы понять мир ядерных бомб, смога и загрязненной воды, нужна помощь ученых.

9