Научная и учебная работа на кафедре гидробиологии. Научные знания для целей социально-экономического развития и безопасности России

С.А.Остроумов

Wir mussen wissen. Wir werden wissen.

Мы должны знать. Мы будем знать.

David Hilbert 1862 - 1943
Ранее были опубликованы работы, где была сделана попытка сформулировать наиболее важные, приоритетные проблемы для научного поиска в области экологии и смежных наук (Ostroumov et al., 2003).

Цель работы – продолжить внесение вклада в поиск формулировок наиболее важных, трудных, спорных проблем экологии, которые, по-видимому, будут находиться среди приоритетных проблем экологии завтрашнего дня; внесение вклада в уточнение формулировок некоторых наиболее приоритетных и дискуссионных проблем в познании экологических процессов и механизмов. Приходится признать, что есть немало таких зон в познании экологических явлений, где сегодня не приходится надеяться на получение ясного понимания. Даже формулирование научных вопросов в этих областях представляет большие трудности. Однако, именно здесь лежат темы потенциальных открытий и направления возможных прорывов к новому уровню развития экологии. Отметим следующие направления поиска.

1. Общие особенности концептуального аппарата для структурирования знаний о сущности жизни на экосистемном уровне ее организации. Соотношение структуры и функционирования экосистем, возможная неоднозначность этого соотношения. Приоритетная роль функционирования экосистемы, благодаря которому реализуются связи между компонентами экосистемы. Детализация и обобщение при познании функционирования экосистем (см. Алимов, 2000) как основа понимания механизма экосистем. Гносеологические ограничения в области познания механизма экосистем (экологический аналог принципа неопределенности). Приоритетное значение степени четкости, - точнее, нечеткости – знания и терминов при обсуждении вопросов функционирования экосистемы. Отсутствие адекватной терминологии для описания "деятельности", "физиологии" экосистем. Неадекватность, неточность стандартных выражений "функционирование экосистемы" (скорее имеется в виду динамика отдельных регистрируемых параметров), "процессы в экосистемах" (либо это то же – динамика отдельных регистрируемых параметров, либо процессы в популяциях), "механизмы экосистемы" (поскольку нет стабильных составных элементов этих "механизмов"), "компоненты экосистемы" (поскольку стабильных составляющих, могущих служить некими устойчивыми элементами или компонентами, у экосистем обычно нет, сами эти "компоненты" в свою очередь являются многоэлементными и изменяющимися системами). Условный характер использования выражения "механизм экосистемы", достоинство которого – объединение представлений о структуре и функционировании системы.

2. Потоки вещества. Трофические сети и трофические циклы. Внутриэкосистемные и трансэкосистемные потоки. Связь с биогеохимическими потоками.

3. Потоки энергии. Внутриэкосистемные и трансэкосистемные потоки. Нерешенные проблемы в характеристике потоков энергии.

4. Потоки информации. Связь информации и негэнтропии. Неполнота традиционных представлений о потоках информации и энтропии в живых системах.

5. Молекулярные механизмы экосистем.

6. Вариабельность и нестабильность характеристик экосистем.

7. Проблемы устойчивости экосистем. Экологическая репарация (Остроумов, 2002а).

8. Теория нарушений экосистем. Нарушения первого типа. Нарушения второго типа.

9. Вопросы метрики пространства характеристик и параметров экосистемы. Выбор масштабов для описания экосистем. Множества с переменным правилом упорядоченности, пространства с переменной метрикой. Невозможность описать некоторые трофические цепи как стабильно упорядоченные совокупности элементов (трофических звеньев).

10. Связь механизма экосистем и механизма биосферы (В.И.Вернадский). Микробиосферные процессы.

11. Эволюция и микроэволюция экосистем.

12. Другие нерешенные проблемы. Проблема идентичности экосистемы. Проблема границ и континуальности. Суперпозиции экосистем.

13. Приложения развиваемой теории. Пересмотр экономических оценок роли экосистем и организмов, их роли в формировании валового внутреннего продукта. Принципы оценки опасности антропогенных воздействий на биоту. Экоремедиация, биоремедиация, фиторемедиация; экологическая репарация (Остроумов, 2002а).

14. Приложения экологической теории к проблемам экологического прогнозирования. Предотвращение глобальных изменений в биосфере.

15. Новое понимание задач сохранения биоразнообразия. Совершенствование системы охраняемых территорий и акваторий. Пример – разработка новой системы принципов природоохранного режима в гидробиологических (малакологических) заповедниках и заказниках (Остроумов, 2002б).

Сформулированный выше список приоритетных направлений научного поиска одновременно может служить программой спецсеминара для коллективного обсуждения фундаментальных проблем экологии как новой формы совершенствования преподавания экологии, заполнения разрыва между учебной и научно-исследовательской работой.

Литература

Алимов А.Ф. 2000. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб.: Наука.

Остроумов С.А. Идентификация нового вида опасности химических веществ: ингибирование процессов экологической ремедиации // ДАН. 2002а. т. 385. № 4. C. 571-573. [Вводится понятие "экологическая репарация"].

Idem. Необходимость создания гидробиологических (малакологических) заповедников и заказников: система сохранения биогеоценотической функции и биоразнообразия фильтраторов // Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах. М.: МАКС-Пресс. 2002б. С.45.

Idem. Концепции экологии "экосистема", "биогеоценоз", "границы экосистем": поиск новых определений // Вестник МГУ. Серия 16. Биология. 2003. № 3. С.43-50. [Нов. трактовка, нов. варианты определений. Перечисляются и обосновываются отличия новых определений от ранее существовавших.].

Idem. Факты и концепции экологии // Ecological Studies, Hazards, Solutions. 2004. Vol. 7. P.106-167. [1. Новые научные дисциплины: биохимическая экология и биохимическая гидробиология. // Ibid. С. 106-111. 2. О биохимическом аппарате биосферы // Ibid. С. 111-115. 3. Экологическая бомба второго рода // Ibid. С. 115-119 (нов. концепция экологич. опасности). 5. Водные экосистемы, энтропия и негэнтропия. Развитие подхода Шредингера в приложении к водным экосистемам и качеству воды // Ibid. С. 122-126. 8. Некоторые пробелы в учении В.И.Вернадского и подходы к их заполнению // Ibid. С. 129-132. 10. О принципе экологической неопределенности // Ibid. 2004. С. 138-141 (предложен экологический аналог принципа неопределенности в квантовой теории). 13. Экологические кластеры // Ibid. 2004. С. 150-151 (новая экологическая концепция зависимости видов друг от друга, формирования группировок видов). 14. Действие СМС Е на атлантические мидии гибридной популяции Mytilus edulis × M. galloprovincialis. Ингибирование процесса экологической репарации // Ibid. С. 152-154. 15. Новые экологические показатели, характеризующие роль организмов в функционировании экосистем. Экологический налог и коэффициенты F/B, F/A, F/P // Ibid. С. 154-157. 16. Сопряженные экосистемы // Ibid. С. 157-158. 17. Вопросы экологии будущего. Хаософилия и хаософобия. Нанобиотехнология биосферы. Ibid. С. 159-167].

Ostroumov S.A., Dodson S., Hamilton D., Peterson S., Wetzel R.G. Medium-term and long-term priorities in ecological studies // Rivista di Biologia/ Biology Forum. 2003. 96: 327-332.

Приложение 2

Вниманию читателя предлагается серия программ учебных курсов по экологии, гидробиологии и проблемам устойчивого развития, в том числе: 1) Экология; 2) Механизмы взаимодействия организмов в экосистемах; 3) Введение в общую биохимическую экологию; 4) Введение в биохимическую экологию водно-пищевого рациона человека; 5) Количественная и теоретическая гидробиология; 6) Самоочищение воды и ее качество; 7) Экологическая политика и устойчивое развитие; 8) Environmental Problems and Sustainability: New Course and Curriculum (программа на английском языке). 9) Ecological Engineering: General and Selected Issues. Additional Focus on Water (на английском языке). Курс экологии построен по классическому плану (с включением новых элементов), остальные курсы носят инновационный характер. Эти программы могут быть использованы при обучении студентов и младших, и старших курсов. 8 программ публикуются как повторные издания. Для преподавателей, студентов и аспирантов, специализирующихся в различных областях экологии, гидробиологии, медицины, наук об окружающей среде и биосфере, а также в области охраны и устойчивого использования водных и биологических ресурсов (лесных, рыбных и других). Автор благодарит рецензентов ранее изданного сборника этих программ - члена-корр. РАН Е.А.Криксунова, докт. биол. наук, профессора В. А. Абакумова, докт. биол. наук Н. Г. Булгакова, докт. биол. наук, профессора Н. Б. Гусева, докт. биол. наук Н. С. Жмур, докт. биол. наук С.Е.Плеханова, а также рецензентов, высказавших замечания по отдельным из этих программ.

The collection of curricula of 9 lecture courses including: (1) Ecology; (2) Mechanisms of Interorganismal Interactions in Ecosystems; (3) General Biochemical Ecology; (4) Introduction to Biochemical Ecology of Drinking Water and Human Nutrition; (5) Quantitative and Theoretical Hydrobiology; (6) Water Self-Purification and Water Quality; (7) Environmental Policy and Sustainable Development; (8) Environmental Problems and Sustainability: New Course Curriculum (in English). (9) Ecological Engineering: General and Selected Issues. Additional Focus on Water (in English). The course on ecology is a classical cource, the other courses are completely innovative. Of interest to professors, students in various fields of ecology, life science, environmental science, limnology, medicine, sciences on the biosphere, protection and sustainable use of biological, aquatic biological and water resources.

Содержание серии программ:

1 Экология

2 Механизмы взаимодействия организмов в экосистемах

3 Введение в общую биохимическую экологию

4 Введение в биохимическую экологию водно-пищевого рациона человека

5 Количественная и теоретическая гидробиология

6 Самоочищение воды и ее качество

7 Экологическая политика и устойчивое развитие

8 Environmental Problems and Sustainability: New Course Curriculum (in English).

9 Ecological Engineering: General and Selected Issues. Additional Focus on Water (на английском языке).

1 Ecology

2 Mechanisms of organismal interactions in ecosystems

3 General Biochemical Ecology

4 Biochemical Ecology of drinking water and human nutrition

5 Quantitative and theoretical hydrobiology

6 Water Self-purification and water quality

7 Environmental policy and sustainable development (in Russian)

8 Environmental Problems and Sustainability (in English).

9 Ecological Engineering: General and Selected Issues. Additional Focus on Water (in English).

Далее дается новое издание ряда программ учебных курсов по экологии и гидробиологии. Некоторые из этих учебных курсов (например, курс общей экологии) носят более общий характер и, как фундаментальные экологические дисциплины, могут читаться студентам младших курсов или для студентов многих специальностей. Другие учебные курсы (например, инновационные разработки – курс о самоочищении и качестве воды или курс о биохимической экологии водно-пищевого рациона человека) представляют собой более специализированные предметы и могут читаться в качестве спецкурсов.

Материал этих курсов был апробирован автором в его лекциях, прочитанных в МГУ (на нескольких факультетах) и других вузах, в том числе зарубежных - таких, как университет штата Нью-Йорк, Мэрилендский университет, Колумбийский университет, университет штата Джорджия, Орегонский университет (США), Сельскохозяйственный университет г. Вагенинген (Нидерланды), Тюбингенский университет и университет г. Халле (Германия).

Общая особенность почти всех этих курсов - их междисциплинарность и охват по возможности широкого круга научных фактов. Поэтому большое внимание уделялось подбору рекомендуемой литературы. Для экономии места относительно детальные списки приведены не здесь, а в другой нашей публикации (Экология и гидробиология. Программы учебных курсов. М.: МАКС-Пресс, 2005. 36 c.). Приведенные там библиографические списки призваны помочь студенту сориентироваться в безбрежном море книг и статей, помочь получить дополнительную информацию по широкому кругу вопросов, затрагиваемых в каждом из этих спецкурсов.

Автор осознает, что в рамки краткой программы ограниченного числа лекций невозможно включить даже самое главное в этих актуальных, быстро развивающихся областях знания. Поэтому неизбежны пробелы. Автор будет благодарен за все замечания и дополнения, которые можно присылать ему по адресу: Москва 119992, МГУ им. М. В. Ломоносова, Воробьевы Горы, биофак, кафедра гидробиологии. Адрес электронной почты saostro@online.ru.

Каждый ученый пытается заглянуть в будущее. Приходится признать, что мы видим в нем неизбежный рост и развитие научного знания - нового знания, которое приведет к отрицанию многого из того, что сейчас представляется непреложной истиной. Поэтому хочется призвать студентов, изучающих современную науку, быть максимально критичными в восприятии информации, описывающей факты, и тех обобщений и теоретических конструкций, которые объединяют или пытаются объяснять эти факты.

Обращаясь к студентам, хотелось бы сказать, что не просто запоминание фактов, а их анализ и желание перепроверить и заново все взвесить - вот путь, который делает нас участниками и созидателями научного процесса. Критический анализ получаемой информации и самокритичность в отношении своего понимания вещей - вот наши союзники.

Научные знания можно видеть с трех сторон. С одной стороны, огромная практическая польза. Да, знания помогают решать практические проблемы жизни. Наука пронизывает всю жизнь современного человека и общества, дает неисчислимые блага для радостей жизни, здоровья, общения, комфорта, расширяет наши возможности и горизонты.

С другой стороны, "система науки ... всегда ... несовершенна", "границ исканиям научной мысли нет" (В.И. Вернадский). Не прекращая и не ослабляя наш постоянный научный поиск, будем в должной мере самокритичны: "Мир познанный есть искаженье мира" (М. Волошин).

И третье. Не будем забывать, что создавая ту картину мира, которую мы знаем и в которую мы верим, мы создаем гораздо больше - мы создаем самих себя.

Необходимо еще раз подчеркнуть практическое значение экологии и гидробиологии. Эти науки создают научную основу для устойчивого экономического роста России. Более того, в условиях нарастающей опасности локальных и глобальных изменений окружающей среды все важнее становится роль биоты как регулятора биосферы и многих геохимических процессов. Именно экология и гидробиология изучают вклад организмов в регуляцию биосферы и стабилизацию окружающей среды, что важно для стабильности и безопасности жизнедеятельности человечества.

Мы должны заботиться о совершенствовании связи между исследованиями в области экологических (в том числе водно-экологических и гидробиологических) наук и образованием, если хотим идти в ногу с другими странами современного мира. Так, не следует забывать, что совершенствованию университетского образования в направлении максимального учета новых достижений гидробиологической науки уделяется большое внимание, например, в США. Об этом свидетельствует книга, изданная в самом авторитетном научном издательстве США – National Academy Press: "Freshwater Ecosystems: Revitalizing Educational Programs in Limnology" (Washington D.C., 364 p.). Эта обстоятельная книга вышла под эгидой трех авторитетных научных комитетов – Комитета по наукам о внутренних водных экосистемах (Committee on Inland Aquatic Ecosystems), Коллегии по водным наукам и технологиям (Water Science and Technology Board) и Комиссии по геонаукам, окружающей среде и ресурсам (Commission on Geosciences, Environment, and Resources). Книга стала результатом специального проекта, одобренного Советом Управляющих Национального Исследовательского Комитета (National Research Council) – авторитетнейшего органа, состоящего из организаций, олицетворяющих цвет американской науки – Национальной академии наук, Национальной академии инженерии и национального Института медицины. Эта книга наглядно доказывает стремление американской научной элиты усилить научные исследования в области гидробиологии, проводимые именно в стенах университетов – ради того, чтобы студенты могли приобщиться к научным достижениям гидробиологии.

Хотелось бы обратиться и к преподавателям дисциплин экологического и гидробиологического цикла. Если преподаватели заинтересуются этой работой, то автор готов поделиться своим опытом. При всем различии различных экологических наук, в их преподавании есть нечто общее. Думается, общие принципы совершенствования преподавания экологических дисциплин таковы:

- всегда необходимо учитывать междисциплинарность экологии и не бояться выходить за рамки одной или немногих традиционных дисциплин; следовать этой рекомендации трудно, ибо придется использовать терминологию нескольких областей знания, но все же следует так делать;

- необходимо избегать частой ошибки, когда преподавание экологии соскальзывает в общие обтекаемые фразы; следует чаще использовать конкретные примеры, с упоминанием конкретных видов организмов и конкретных экосистем;

- следует всегда помнить, что существует два метода обучения и приобретения знаний: первый - запоминание готовых знаний; второй - усвоение знаний в процессе их генерации при исследовательской работе. Думается, ценность второго метода особенно велика и его по возможности следует использовать для обучения в ходе преподавания экологических дисциплин. Традиционно сильной стороной обучения на биологическом факультете МГУ является использование этого метода, знания приобретаются в ходе выполнения нескольких исследовательских проектов, на практиках и практикумах.

В заключение подчеркнем, что преподаватель экологии и гидробиологии должен стремиться к максимальному совершенствованию и постоянному обновлению программ преподавания и качества своей работы. Обновление и модернизация программ и содержания лекций возможно только при условии тесного сотрудничества преподавателей и научных работников или при условии привлечения научных сотрудников к преподаванию. Без участия ученых преподавание вырождается в повторение закостенелого материала, который неизбежно устаревает в течение короткого времени. От качества преподавания и необходимого участия в нем ученых зависит очень многое, поскольку образование в области экологии и гидробиология – важный фактор устойчивого экономического развития, стабильности и безопасности общества.

Литература

Федоров В.Д. (ред.) Программы спецкурсов. М.: МГУ-Ойкос, 2002, 136 с.;

Freshwater Ecosystems: Revitalizing Educational Programs in Limnology / Committee on Inland Aquatic Ecosystems, Water Science and Technology Board, Commission on Geosciences, Environment, and Resources. Washington D.C., National Academy Press. 1996. 364 p.