Основы экологии

Это великое открытие в биологии явилось мощным толчком для развития экологических идей. У Дарвина было много последователей. Один из них - немецкий зоолог Эрнст Геккель (1834-1919). "Я докажу! " - девиз Э. Геккеля. В 8 лет прочитал Робинзона Крузо, долго грезил дикарями, приключениями. Пробивной, мечтавший и добившийся мировой славы, он добился открытия филогенетического факта в Йенском университете, много лет успешно изучал радиолярии, прекрасно рисовал, но мог делать выводы, не подкрепленные фактами и потому ошибочные. Им было придумано много разных терминов для классификации отделов наук; много лет он искал одноклеточный организм, давший начало всему живому; искал общий закон, который бы объяснил все явления. Вскоре после выхода в свет учения Ч. Дарвина - в 1866 г. он предложил термин для новой науки - «экология», который впоследствии получил всеобщее признание. Именно 1866 г. следует считать годом рождения экологии. В конце XIX она представляла собой науку об адаптации организмов к климатическим условиям, но лишь через 100 лет превратилась в целое мировоззрение - общую экологию. В 1895 г. датский ученый Е. Варминг (1841-1924) ввел термин «экология» в ботанику для обозначения самостоятельной научной дисциплины - экологии растений.

Таким образом, общим для периода наивной экологии, продолжавшегося с начала развития цивилизации до 1986 г., является накопление и описание колоссального фактического материала, и отсутствие системного подхода в его анализе.

2. Период факториальной экологии - с середины 19 в. до середины 20 в. (6 этап)

Шестой этап. Теория Ч. Дарвина дала большой толчок развитию аутэкологического направления - изучение естественной совокупности видов, непрерывно перестраивающихся применительно к изменению условий среды, со второй половины середины XIX и до середины XX века было господствующим.

Одновременно стали проводиться исследования по надорганизменным биологическим системам. 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, исследованиям и в дальнейшем обогатилось методами учета количественных соотношений организмов. Термин "биоценоз" широко используется современными учеными. Учение о растительных сообществах, благодаря С.И. Коржинскому (1861-1900) и И.К. Пачоскому (1864-1942) выделилось в фитосоциологию, или фитоценологию, позднее в геоботанику. Исключительно велики заслуги В.В. Докучаева (1846-1903). 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. Теоретические разработки В.В. Докучаева ("Учение о зонах природы") положили начало развитию геоботаники и ландшафтной экологии. 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" Георгия Федоровича Морозова (1867-1920). 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.

Особенно широко исследования надорганизменного уровня стали развиваться с начала XX века. Повсеместно стали создаваться разные научные общества и школы: ботаников, фитоценологов, гидробиологов, зоологов, и т.д., выпускаться журналы. 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 учебнике по экологии Ч. Элтона впервые отчетливо выделено направление популяционной экологии. Большой вклад в эту область внесли Е.Н. Синская (экологический и географический полиморфизм видов растений), И.Г. Серебряков (новая классификация жизненных форм растений), Л.Г. Раменский (закон индивидуальности видов и теория экологического континуума экологической), М.С. Гиляров (почва - переходная среда в завоевании членистоногими суши), С.С. Шварц (эволюционная экология - палеоэкология), и др.

В 1926 г. была опубликована книга В.И. Вернадского "Биосфера" в которой впервые показана планетарная роль биосферы, как совокупности всех видов живых организмов. В 30-40-е годы составлены новые по экологии животных (К. Фредерикс - 1930 г., Ф. Болденгеймер - 1938). В это же время вышло много монографий и учебных пособий по географии растений, экологии животных и растений.

3. Период синэкологических исследований - с 1936 г. до наших дней

Седьмой этап отражает новый подход к исследованиям природных систем - в основу его положено изучение процессов материально-энергетического обмена, формирование общей экологии, как самостоятельной науки. Г. Гаузе в начале 40-х годов прошлого столетия провозгласил принцип конкурентного исключения, указав 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, и этот год принято считать годом рождения общей экологии как науки, объектом которой являются не только отдельные виды и популяции видов, но и экосистемы, в которых биоценозы рассматриваются с биотопами, как единое целое.

В общей экологии с этого времени четко выделились два направления - аутэкология и синэкология. В фитоценологии всеобщее признание получила парадигма дискретности растительного покрова, что объясняется стремлением к классификационным работам.

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 (растительному покрову, миру животных и микроорганизмов, по поверхностной горной породе, гидрологическим, почвенным, микроклиматическим условиям, по типу взаимодействий, обмена веществом и энергией между его компонентами и между ними и другими явлениями природы).

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. С этого времени экосистемные исследования являются одними из основных направлений в экологии, а количественные определения функций экосистем и их компонентов (запасы и фракционная структура растительной массы, пулы углерода и др. химических элементов, параметры трофических цепей, и др.) являются одним из основных методов, дающими возможность прогнозировать и моделировать биологические процессы. Последнее, в свою очередь, вылилось в теоретическую, или количественную, экологию, которая становится все более востребованной (изучение динамики экосистем, их продуктивности, моделирование экологических процессов исключительно важны для экологических прогнозов, разработки природоохранных мер, профилактики эпидемических ситуаций и пр.). Работа по международным экологическим программам МАБ и ЧиБ (Человек и биосфера).

Восьмой этап. В современной биосфере одним из наиболее значимых факторов, определяющих ее состояние, стала деятельность человека. Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки экологии как биологической науки, приобретают направленный социальный и политический характер (движения "зеленых", борьба за охрану природы, постановка экологических вопросов в повестки дня политических организаций, и пр.). Решение их должно включать все естественные науки вкупе с хозяйственно-экономическими, социальными, политическими аспектами, что входит в задачи социальной экологии, в которой особое положение занимает экология человека (медико-биологический и социальный подходы).

Крупный российский ученый-теоретик, наш современник Н.Ф. Реймерс (1931-1993) общую экологию представил, как вершину естествознания - мегаэкологию, вокруг которой концентрируются другие научные дисциплины, связанные с актуальными проблемами цивилизации и угрозой экологического кризиса. Другой российский ученый - Н.Н. Моисеев (1917-2000), специалист в области системного анализа, моделирования и прогнозирования, математик с мировым именем считает, что дальнейшее развитие цивилизации должно происходить через коэвалюцию (совместную эволюцию) человеческого общества и биосферы - к ноосфере.

Особую и важнейшую роль в становлении и развитии экологии сыграл Владимир Иванович Вернадский - создатель учения о биосфере, намного опередивший 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. В.И. Вернадский доказал, что жизнь на земле - явление планетарное и космическое, 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.

Может показаться странным утверждение о том, что В.И. Вернадский открыл биосферу. Что ее открывать? Это не микроб какой-то. Биосфера огромна, и с ней постоянно имеет дело каждый из нас. Мы живем, мы постоянно обитаем в ней. Да, мы обитаем в ней, но очень мало задумываемся о том, что этот наш хрупкий дом уникален во Вселенной, что механизмы, его поддерживающие, очень тонкие, и могут легко сломаться не только от падения большого метеорита на Землю, но и от нашего неразумного поведения.

«Спички детям не игрушка», - говорят родители и прячут подальше спички от детей, чтобы они не сделали пожар и не сожгли дом, а вместе с домом и самих себя. Современное человечество в биосфере очень напоминает этих глупеньких шаловливых детей, которым в руки попали «спички» - мощные механизмы, прогрессивные технологии. Спрятать бы подальше от шалунов эти «спички», - да некому этого сделать. Нет родителей дома, дети предоставлены самим себе.

Нелегким был путь этих людей на Земле. Всякому, кто приносит новое и непонятное, в нашем обществе уготованы тернии. Редко, кто из этих мыслителей при жизни заслужил положенные ему лавры. Слава к ним пришла либо в конце жизни, либо после смерти. Но что им слава... Ведь они первыми проникли в неведомое, первыми увидели и поняли то, что до них не видел и не понимал никто. Все они по-настоящему были счастливыми людьми.

На занятиях и в дальнейшей своей жизни вы еще познакомитесь с работами многих из них и расскажите о них своим ученикам.

Таким образом, мы выделили восемь этапов в становлении и развитии экологии:

Первый этап - отражает примитивные знания, накапливаемые людьми, в т.ч. первобытными, в процессе тесного общения с природой и ведения натурального хозяйства. Начался за много веков до новой эры и завершился впервые века до новой веры.

Второй этап - накопление фактического материала, но уже античными учеными, средневековый застой. Период: I-III век до н.э. - XIV век н.э.

Третий этап - продолжение сбора и первые попытки систематизация колоссального фактического материала, накопленного с началом великих географических открытий и колонизацией новых стран - в эпоху Возрождения. Период: с IV по XVIII век включительно.

Четвертый этап - связан с крупными ботанико-географическими открытиями, способствовавшими дальнейшему развитию экологического мышления; предпосылка экологических идей; выделены экология растений и экология животных. Период: конец XVIII - начало XIX века.

Пятый этап - становление эволюционной экологии, углубление экологических исследований, начало изучения взаимосвязей. Период: с начала XIX века до второй половины (1866 г.) XIX века

Шестой этап - определение понятия "экология", доминирование исследований аутэкологического направления - изучение естественной совокупности видов, непрерывно перестраивающихся применительно к изменению факторов среды, т.е. факториальной аутэкологии. М.С. Гиляров называл этот этап временем факториального редукционизма. Период: со второй половины (1866 г.) XIX до середины (1936 г.) XX века.

Седьмой этап отражает новый - системный, подход к исследованиям природных систем, формирование общей экологии, как самостоятельной фундаментальной биологической науки, доминирование синэкологического направления - изучение процессов материально-энергетического обмена, развитие количественных методов и математического моделирования. Период: 40-70 гг. XX века. Специфика этого этапа - мнение о примате конкурентных отношений в биоценозах и принижение значимости эволюционных факторов, господство парадигмы дискретности.

Восьмой этап - "экологизация" науки; становление экологических наук, учитывающих деятельность Человека, т.е. социальной и политической направленности. Возрастание интереса к изучению популяций (демэкология), динамики формирования биогеоценозов в связи с антропогенными нарушениями. Большое внимание уделяется стационарным исследованиям. Основная методология - системный анализ. Одно из главных направлений - длительный экологический мониторинг разных уровней (наземный, региональный, глобальный и пр.). Период: с 80-х годов XX века по настоящее время. Специфика - 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.

4. Причины отставания общей экологии от других наук

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что развитие общей экологии задержалось и в XX веке. Как отмечают Н.Ф. Реймерс, А.С. Степановских, экология отстала от таких наук, как эмбриология, физиология, генетика на несколько десятилетий.

Причины отставания:

Недооценка потребности в открытии общих законов развития живого вещества; изучение взаимоотношений организмов друг с другом и со средой должно идти с учетом огромного разнообразия животного и растительного мира и их взаимозависимости. Многие направления экологии находятся на аналитической стадии.

Между науками, а, следовательно, и между учеными, существуют жесткие искусственные, в том числе психологические барьеры. Узкому специалисту удобнее и привычнее рассматривать "свои" предметы и явления вне существующих между ними взаимосвязей. Как сказал небезызвестный Козьма Прутков: «Узкий специалист подобен флюсу»! Но для всестороннего выявления особенностей экосистем необходимо изучение их коллективами разных специалистов. В первую очередь такие барьеры возведены между биологическими и небиологическими науками (социология, политика, экономика).

Отсутствие реальных перспектив развития общей экологии, существовавшее вплоть до середины прошлого столетия. Недопонимание того, что методы общей экологии отличаются от методов, используемых в смежных науках (так, нельзя в экосистеме измерять физиологические параметры в одном месте, невозможно выделив один фактор в природе, устранить измеряемой характеристикой проявление остальных) и что нельзя лабораторные методы переносить на природу.

Лишь в конце XX произошло осознание того, что деятельность человека часто не только наносит вред окружающей среде, но и угрожает самому существованию человечества. При этом в изменении структуры и динамики экосистем резко возросла роль случайных факторов, нередко приводящих к катастрофам с многочисленными человеческими жертвами. Человечество лишь в последние десятилетия начало всерьез осознавать важность для себя экологических проблем. Ведь вопрос стоит однозначно - быть или не быть на Земле технократической цивилизации. Этим и объясняется повальная экологизация, как самой науки, так и других направлений человеческой деятельности, экологизация всевозможных производств, связанных с потреблением природных ресурсов.

ПЕРВЫЙ ЭТАП

Зарождение и становление экологии как науки ( до 60-х гг. ХIХ в. ). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения. [3]

Первоначально человек больше воздействовал на фауну. В интересной статье М. И. Будыко показано, что в степях Евразии мамонта истребили палеолитические охотники на крупных травоядных. Эскимосы расправились со стеллеровой коровой в Беринговом море; полинезийцы прикончили птицу моа в Новой Зеландии; арабы и персы путем постоянных охот вывели львов в Передней Азии; американские колонисты всего за пол века (1830-1880) перебили всех бизонов и голубей, а австралийские - несколько видов сумчатых. Перенеся свои действия на флору, человек произвел еще большие деформации природы. Оседлое скотоводство, при котором большое количество скота скапливается на относительно небольшом пространстве, велет к обеднению фитоценоза. Особенно радикально действуют козы. Они весьма помогли древним римлянам и эллинам уничтожить в Средиземноморье лес из жестколистного дуба и сосны, который заменился вечнозеленым кустарником- маквисом. [4]

Цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и орудия труда, позволившие ему изменять среду обитания. Более чем за 600 поколений до нас появилось земледелие, которое решило будущее человечества. «Этим рычагом, -писал В. И. Вернадский (1925), - человек овладел всем живым веществом на планете. ...Человек глубоко отличается от других организмов по своему действию на окружающую среду. Это различие, которое было велико с самого начала, стало огромным с течением времени».

Переход к земледелию и затем к скотоводству явился кардинальным рубежом в истории человечества. Обеспечение продуктами питания способствовало росту народонаселения: к 2500 г. до н. э. население Земли достигло 100 млн человек. По теории Н. И. Вавилова, древнейшие цивилизации зародились именно в центрах происхождения культурных растений.

С развитием цивилизации развивались экологические познания и экологические проблемы.

Уже к началу новой эры многие древние цивилизации погибали из-за неумелого хозяйствования. Так, например, Вавилонское царство погибло вследствие непродуманного строительства ирригационных систем и интенсивного использования воды изрек Тигр и Евфрат в целях орошения. По словам Л. Н. Гумилева (1990), очередная «победа над природой» погубила великий город: к началу новой эры от него остались одни руины.

То же самое наблюдалось в Египте, Шумере, Ассирии и других странах. Иероглифы на пирамиде Хеопса уже тогда предупреждали: «Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира».

Уже в античные времена люди понимали проблемы, которые тeпepь называют экологическими. Гиппократ (460 - 377 гг. до н. э.) творил о влиянии факторов среды на здоровье людей.

Платон (427 - 347 гг. до н. э.) писал: «Вода не исчезала, как теперь, скатываясь в море по оголенной земле, а то, что сохранилось, если сравнивать это с тем, что существовало раньше, похоже на истощенное тело больного человека; все плодородные, мягкие земли растратились и исчезли, оставив лишь остов суши».

Великий Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.) - автор более 300 сочинений: «Метафизика», «История животных», «Физика», «О небе»» и др. - по праву считается основателем многих естественных дисциплин, в том числе систематики животных. Он описал свыше 500 видов животных и рассказал об их поведении: о зимней спячке рыб, перелетах птиц, паразитизме кукушки, способе самозащиты каракатицы и т. п.

Для античного периода характерно описательное направление в науке, основанное на эмпирических знаниях о природе. В это же время человек был выделен из природы и поставлен в центр мироздания. Обожествление природы сменилось антропоцентризмом - человек стал мерой всех вещей.

В средние века науки о природе развивались медленно в силу религиозного догматизма и схоластики. Научные достижения античного мира отделены от новой истории тысячелетием библейских догм, сковывавших развитие естествознания.

Следует упомянуть, однако, о легендарном враче Авиценне (980 - 1037), родившемся и жившем в Средней Азии. Его воззрения формировались под влиянием Платона, Аристотеля, Гиппократа и других античных классиков. Мировую известность имеет его книга «Канон врачебной науки», в которой есть разделы о влиянии на организм человека окружающего воздуха, места жительства и времен года.

Другим видным ученым этого времени был немецкий химик и врач Т. Парацельс (1493 - 1541), идеи которого о дозированном влиянии природных факторов были развиты в XIX веке в работах Ю. Либиха и В. Шел форда.

Но большая часть знаний, накопленных, в основном, греками, была утрачена в связи с разрушением знаменитой Александрийской библиотеки Ю. Цезарем в 48 г. до н. э. Окончательно ее сожгли арабы в 642 г. н. э.

В XVIII веке ботанические и зоологические наблюдения были обобщены в работе «Система природы» шведского естествоиспытателя Карла Линнея (1707 - 1778), который разработал основы научной систематики животных и растений. Хотя он и сформулировал гипотезу постоянства видов: «их столько, сколько было сотворено Творцом», но тем не менее признавал образование разновидностей под влиянием условий жизни.

Среди многих ученых выделяется французский натуралист Жорж Луи де Бюффон. Он издал огромный труд в 44 томах

«Естественная история», из которой взошли ростки эволюционной теории о происхождении организмов». Бюффон пишет: «Перед нами встает вопрос об изменении видов, вопрос о преобразованиях, происходящих с незапамятных времен, и, по-видимому, имевших место в каждом семействе».

В Германии поборником естественного происхождения организмов, их родства и постепенного развития был Иммануил Кант (1724 - 1804).

В России путь эволюционной идее прокладывал М. В. Ломоносов (1711 - 1765). Он писал, что лик Земли многократно менялся, на месте морей появлялась суша, и наоборот; земные пласты постепенно поднимались и изгибались, образуя горные складки, изменялся климат, изменялись флора и фауна: «слоны и южных земель травы на севере важивались».

Жан Батист Ламарк (1744 -1 829) - один из самых крупных представителей науки того времени. В книге «Философия зоологии» он впервые широко поставил вопрос о влиянии среды на организмы, но не сумел объяснить причин их «пригнанности» к среде обитания. Ж. Б. Ламарк так сформулировал выводы своих изысканий: «Спустя множество следующих друг за другом поколений, индивиды, относившиеся по происхождению к одному виду, в конце оказываются превращенными в новый вид, отличный от первоначального».

Одним из первых естествоиспытателей, понявших необходимость синтеза наук при изучении природы, ее живых и неживых элементов, был великий немецкий ученый Александр Гумбольдт. Говоря о целостном изучении природы в обобщенном теоретическом труде «Космос», он писал: «Мое внимание будет устремлено на взаимодействие сил, влияние неодушевленной природы на растительный и животный мир, их гармонию».

Одновременно с Александром Гумбольдтом на существующее в природе единство среды и организмов и их эволюционное развитие указывал знаменитый российский зоолог Карл Рулье (1814 - 1858). Он утверждал, что природа вечна; все ее явления взаимосвязаны и составляют единое целое. В природе все образуется путем медленных непрестанных изменений.

Они были предвестниками эволюционной идеи и целостного восприятия природных комплексов, состоящих из живых и неживых компонентов. Большой вклад в развитие экологических представлений в этот период внесли российские естествоиспытатели А. Т. Болотов (1738 - 1833), И. И. Лепехин (1740 - 1802), П. С. Паллас (1741 - 1811). [2]

ВТОРОЙ ЭТАП

Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (60-е гг. XIX в.- 50-е гг. XX в.).

Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814-1858), Н. А. Севецова (1827-1885), В. В. Докучаева (1846-1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени. Не случайно поэтому американский эколог Ю. Одум (1975) считает Докучаева одним из основоположников экологии. В конце 70-х гг. XIX в. Немецкий гидробиолог К. Мёбиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. [3]

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин (1809-1882). Ключевое положение в учении Дарвина занимает теория естественного отбора в результате борьбы за существование. Обычно производится гораздо больше живых организмов, чем может выжить, поэтому ведется борьба за существование либо между особями одного или различных видов, либо физическими условиями жизни. Дарвин писал, что каждый организм зависит не только от условий местообитания, но и от всех других окружающих его существ. В результате естественного отбора сохраняются те организмы, в которых произошли изменения, дающие преимущества для существования в данных условиях.

Такой ход рассуждения дал основание современнику и последователю Дарвина немецкому ученому Эрнсту Геккелю заявить о целесообразности выделения новой науки о взаимоотношениях живых организмов и их сообществ друг с другом и с окружающей средой.

Взгляды Ч. Дарвина на борьбу за существование не только как на борьбу организмов друг с другом, но и с окружающей неживой средой послужили тем научным фундаментом, на котором Э. Геккель в 1866 г. возвел здание новой науки. В России страстным поборником и популяризатором эволюционной теории Ч. Дарвина и последователем Э. Геккеля был К. А. Тимирязев. В 1939 г. в работе «Чарльз Дарвин и его учение» ал: «С установлением понятия приспособления явилась новая область науки, получившая придуманное Геккелем название экология». [2]

Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде». Современные определения экологии, отличаясь в деталях у разных авторов, сводятся к представлению о «биологической науке, изучающей организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы» [5]

Экологический подход к изучению природы, как следует из всего вышесказанного, был свойственен человеку с древнейших времен, но слова «экология» не было. Заслуга Геккеля в том, что он первый предложил название новой науки и определил предмет ее исследования. И хотя экология как самостоятельная отрасль биологических наук была выделена еще в конце XIX столетия, содержание ее все время расширяется, продолжая формироваться и по сей день.

Важным шагом на пути становления экологии следует считать введение в 1877 г. немецким гидробиологом К. Мебиусом понятия биоценоза. Биоценоз- закономерное сочетание разных организмов, обитающих в определенном биотопе. Биотоп- совокупность условий среды, в которых обитает биоценоз (Ф. Даль, 1903).

В 1895 г. датский ученый Е. Варминг (1841-1924) ввел термин «экология» в ботанику для обозначения самостоятельной научной дисциплины - экологии растений.[6]

Значительный вклад внесли в развитие экологии русские ученые А Н. Бекетов (1825 - 1902), Н. А. Северцев (1827 - 1885) и др.

В самом конце XIX века с призывом развернуть междисциплинарные комплексные исследования природных систем выступил выдающийся русский ученый-почвовед В. В. Докучаев (1846 -1903). Именно закономерная связь между «силами», «телами» и «явлениями», между «мертвой» и «живой» природой, растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, и человеком, его бытом и духовным миром - с другой, и составляет сущность познания «естества», - считал он. Практическое осуществление этих идей связано с именем Г. Ф. Морозова (1867 - 1920) - создателя учения о лесе. Он подчеркивал, что лес и его территория должны сливаться для нас в единое целое, в географический индивидуум. В 1925 г. эти идеи реализовались немецким гидробиологом А. Тинеманом, который рассматривал озера как целостную систему, где биоценоз и биотоп образуют органическое единство.

В начале XX века оформились экологические школы ботаников, зоологов, гидробиологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки: экология животных, экология растений, экология микроорганизмов, экология насекомых, экология озера, экология леса и т. п.

В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей - аутэкологию и экологию сообществ- синэкологию. Это деление распространилось затем и на общую экологию. В основе аутэкологии лежат исследования взаимосвязей конкретных организмов и среды. Синэкология пришла на смену аутэкологии после того, как в начале века появились представления о популяциях. Она изучает взаимодействия совокупности популяций с внешней средой. [2]

В 1935 году Артур Трансли, британский эколог, придумал термин экосистема- интерактивные системы, установленные между биоценозом (группа живых существ), и их биотопов, окружающей средой, в которой они живут. Таким образом, Экология стала наукой экосистем. [7]

В начале 40-х годов В.Н. Сукачев (1880-1967) обосновал концепцию биогеоценоза, имевшую большое значение для развития теоретической базы экологии. (Н) В этом учении нашли отражение идеи о единстве организмов с физическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе таких связей, об обмене веществами и энергией между ними. [2]

Изучение общепланетарных процессов развернулось после выхода в свет в 1926 г. книги В. И. Вернадского «Биосфера», где рассмотрены свойства «живого вещества» и его функции в формировании как современного лика Земли, так и всех сред жизни на планете (водной, почвенной и воздушной). Предшественником и единомышленником В. И. Вернадского был I). В. Докучаев (1846--1903), создавший учение о почве как о естественно-историческом теле.

В. И. Вернадский (1863--1945) обосновал роль живого вещества как наиболее мощного геохимического и энергетического факторов -- ведущей силы планетарного развития. В его работах ясно прослеживается значение для космоса жизни на планете Земля, а также значение космических связей для биосферы. Впоследствии эта космическая линия в экологии была развита в трудах А. Л. Чижевского, основателя современной пауки гелиобиологии.

В. И. Вернадский проследил эволюцию биосферы и пришел к выводу, что деятельность современного человека, преобразующего поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмерима с геологическими процессами на планете. В результате стало ясно, что использование природных ресурсов планеты происходит без учета закономерностей и механизмов функционирования биосферы. Тем не менее завершающим этапом эволюции биосферы он считал появление ноосферы -- сферы разума. [1]

Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы. Работам Вернадского был свойствен исторический оптимизм: в необратимом развитии научного знания он видел единственное доказательство существования прогресса. [8]

Владимир Иванович Вернадский- признанный классик естествознания. Он основал новые отрасли знаний: биогеохимию и радиологию, был одним из создателей генетической минералогии, геохимии. Никто из ученых XX века не имел соизмеримых достижений. Венцом его научного творчества стало учение о биосфере, области жизни на планете. Оно явилось синтезом идей и фактов, относящихся к десяткам наук! [9]

По мнению Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:

1) Открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с диссимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенностью живых тел;

2) Явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т.д.), а также биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т.п.) Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты. [4]

Этот период, по сравнению с предыдущим, был более прогрессивным. Благодаря ему в экологии зародилось научное направление - популяционная экология, приоритетной проблемой которой являются биотические взаимодействия в биоценозе. Недостаток этого направления в том, что даже при изучении сообщества суть явлений сводится к функционированию отдельных популяций, т. е. к разложению биоценоза на составляющие элементы. [2]

Во второй половине XX в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение.

ТРЕТИЙ ЭТАП

(50-е гг. XX в. - до настоящего времени) Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Из строгой науки экология превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики..» (Реймерс, 1994). [3]

Середина XX века была отмечена расширением комплексных исследований экосистем (В. И. Жадин, Г. Г. Винберг, Р. Линде-ман, Г. Одум и Ю. Одум, Р. Маргалеф и многие другие). В 1956 г. под редакцией В. И. Жадина издается в 4-томный труд «Жизнь пресных вод»; в 1961 г. выходит монография В. И. Жадина и С. В. Герда «Реки, озера и водохранилища СССР». В этих работах описываются особенности водных экосистем. В 1964 г. коллективом авторов под руководством В. Н. Сукачева была опубликована книга «Основы лесной биоценологии». В ней сделана попытка путем синтеза информации раскрыть количественные закономерности функционирования и эволюции такой сложной динамической системы, как лесной биогеоценоз.

Однако эффективная реализация методологии системного подхода к изучению экосистем стала возможной лишь в начале 70-х годов XX столетия, когда в распоряжение экологов поступили мощные ЭВМ и были разработаны методы моделирования динамических систем, которые в совокупности с экспериментами и наблюдениями получили название системного анализа. Развитие целостного взгляда на экосистемы привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере В. И. Вернадского, который в своих идеях опередил современную ему науку. Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой определяются фундаментальными экологическими законами баланса вещества и энергии. [2]

Во второй половине XX века начал осуществляться переход к пониманию необходимости сохранения естественной природы и стабильной окружающей среды. Осознание важности этой проблемы произошло прежде всего в тех странах, которые являлись крупными потребителями энергии и других природных ресурсов, а поэтому были основными загрязнителями окружающей среды. Своего рода точной отсчета в существовании природоохранной деятельности, основанной на новом мышлении, следует считать резолюции Генеральной Ассамблеи ООН и ЮНЕСКО, принятые в декабре 1968 года. Из идеи были интегрированы в решения Стокгольмской конференции 1972г. («Декларация принципов»). На конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992г.) была принята «Декларация по окружающей среде и развитию», содержащая согласованные со 179 правительствами документы, определявшие права и обязанности стран в деле обеспечения развития цивилизации и благосостояния людей.

В последние годы под давлением ухудшающейся экологической обстановки во многих странах мира, а также благодаря деятельности международной общественности («Декларация Рио», «Повестка дня на XXI век и др.) вопросам формирования нового мышления придается всё большая экологическая направленность на всех уровнях обучения, а также и воспитания людей. Это актуально для жизни каждого человека от самого рождения и до ухода его из жизни. Меняются лишь акценты. В дошкольном возрасте превалирует воспитательный процесс, в школьном- образовательный, а во взрослом- сознательный.

В высшей школе роль и значение экологического образования существенно возрастает, так как выпускники вузов в своей профессионально деятельности участвуют либо в экологическом воспитании и образовании новых поколений, либо в развитии новых технологий, процессов в сфере производства и услуг. Позитивные изменения в структуре экономики обеспечат устойчивое развитие общества и создадут для населения Земли лучшие условия жизни при рациональном использовании ресурсов без нанесения ущерба окружающей среде, сохраняя ее будущим поколениям.

Устойчивое развитие экосистем Земли вызывает:

1) Необходимость широкой пропаганды новых этических принципов потребления, отвечающих разумной жизни человечества «по средствам»

2) Необходимость сохранения окружающей среды при одновременном развитии человеческого общества.

Деятельность людей в этих направлениях связана с формированием нового мировоззрения, сущность которого может быть определена созидательным отношением человека к природе: человек- не покоритель, а защитник природы. Этот тезис должен стать жизненным принципом каждого жителя Земли. Осознанное его использование предполагает глубокое понимание результатов воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Понимание взаимодействия человека и природы, анализ последствий его деятельности и путей их либерализации, планирование стратегии, основанной на заботе о природе и человечестве, постигается через системы экологического обучения и воспитания образа жизни.

В принятом 10 января 2002 г. Федеральном законе России «Об охране окружающей среды» усилены многие положения предыдущего закона (1991г.), связанные с управлением в области охраны окружающей среды, правами и обязанностями граждан, общественных и иных некоммерческих объединений,с требованиями в области охраны окружающей среды при осуществлении хозяйственной и иной деятельности , а также с правами особо охраняемых территорий, экологической экспертизы, мониторинга и контроля. Эти и другие положения Закона призваны обеспечивать право граждан на благоприятную окружающую среду. [10]

1) это клеточные организмы

2) содержимое - цитоплазма, окружено плазмалеммой, имеющей сходное (жидкостно-мозаичное) строение - в ее основе билипидный слой с погруженными в него белками

3) принципиально сходны основные биохимические процессы (например, гликолиз, цикл Кребса и др.)

4) одинаковые (в общих чертах) принципы сохраниения, воспроизведения и реализации генетической информации - генетическая информация заключена в ДНК, матричные процессы - репликация, транскрипция, трансляция

5) сходны основные принципы жизнедеятельности - наследственность, изменчивость, ассимиляция, диссимиляция и др.

Сходство в наличии клеточной стенки у большинства прокариот и эукариот(растения, грибы), наличие плазмид (все прокариоты и нек. грибы из зукариот), запас энергии в виде АТФ, одинаковые дыхательные ферменты, одни и те же нуклеиновые кислоты, соответственно и аминокислотный состав клеток. Дальше придумывать лень - сама.

Может быть способом питания?Прокариоты(бактерии) по способу питаия делятся на автотрофов,гетеротрофов и т.д.Эукариоты бывают гетеротрофами (животные),автотрофами (растения).

Главной особенностью прокариот является отсутствие у них в отличие от эукариот (эу - по-гречески истинный) полноценного клеточного ядра, покрытого мембраной. Кроме того, прокариотические клетки обладают единой мембранной системой, включающей как цитоплазматическую мембрану, или плазмалемму, так и различные выросты из нее, зачастую выполняющие специфические функции. Клетки прокариот имеют очень небольшие размеры, порядка 1 мкм.

Отличие эукариот от прокариот

Эукариоты - основная ветвь развития живой природы. Это огромная группа организмов (надцарство) очень рано, сразу после возникновения жизни, отделилась как от второй мощной ветви - прокариот, так и от тонкой, но не погибающей веточки - архебактерий.

Первая главная особенность эукариот, по которой они и получили название, - наличие настоящего ядра: генетический аппарат эукариотной клетки защищен оболочкой, схожей с мембраной самой клетки. Связь ядра и цитоплазмы осуществляется через особые отверстия - поры. ( По-латински ядро - "нуклеус", по-гречески - "карион". От этих слов происходят многие биологические термины, например: нуклеиновые кислоты, кариология и т.д.)

Ядро - не единственный признак, отличающий эукариотную клетку от прокариотной. Не менее важен второй признак: превращения, которые претерпевает генетический аппарат эукариот в течение жизни.

Как правило, эукариотные организмы проходят в развитии две стадии. Их называют гаплофазой и диплофазой. В гаплофазе генетический аппарат клетки одинарный гаплоидный (от греческого "гаплос" - единичный, одинокий). При переходе в диплофазу две гаплоидные клетки сливаются, и генетический аппарат становится диплоидным ("двойным"). После нескольких делений в диплофазе клетка опять становится гаплоидной.

Для чего же возникла эта смена фаз?

Во время совместного существования в диплофазе генетические аппараты обмениваются генами, вследствие чего новое поколение будет иметь измененную наследственность. Этот процесс - генератор разнообразия, позволяющий эукариотным клеткам выжить в изменяющемся мире. Он называется половым процессом. Чаще употребляют не совсем правильное выражение "половое размножение", так как он часто (но не всегда) по времени совпадает с размножением.

У примитивных организмов сливаются, образуя диплофазу, обычные клетки. Но уже на самых ранних стадиях развития жизни появляются специальные половые клетки - гаметы. Обычно ядра исходной клетки делятся несколько раз, вокруг каждого обособляется кусочек цитоплазмы, и она распадается на несколько одинаковых, как правило, снабженных жгутиками гамет, которые расплываются подальше друг от друга. При встрече гаметы сливаются, образуя диплоидную клетку - зиготу.

Тут возникает противоречие. Больше шансов выжить у крупной гаметы (макрогаметы) с большим запасом питательных веществ, которые она принесет зиготе. А больше шансов расселиться у мелких, быстро плавающих гамет (микрогамет). Поэтому возникло "разделение труда". От одинаковых гамет - изогамии (стадии одинаковых половых клеток) эукариоты перешли к анизогамии, когда они различаются по величине и микрогаметы сливаются только с макрогаметами. Завершающая стадия - оогамия, когда макрогамета становится неподвижной, теряет жгутики. Здесь можно говорить о настоящих женских половых клетках - яйцеклетках и мужских половых клетках - сперматозоидах (спермиях).

Третье важнейшее отличие эукариотных клеток - включенные в их цитоплазму и сохранившие значительную самостоятельность окруженные мембраной органеллы (маленькие органы). У всех эукариот имеются митохондрии. Это "энергетические станции" клетки, в них идет синетз вещества, аккумулирующего энергию, - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

У растений кроме митохондрий имеются еще и пластиды, в частности хлоропласты (от греческого "хлорос" - зеленый) - органы, в которых идет синтез органики за счет энергии солнечных лучей.

И митохондрии, и хлоропласты похожи на бактерии: первые на каких-то аэробных, дышащих кислородом, вторые - на сине-зеленых - цианобактерий. Органеллы размножаются делением и имеют свой генетический аппарат, очень похожий на бактериальный. Поэтому сейчас распространено мнение, что это потомки прокариот, которые стали размножаться в цитоплазме других клеток, поставляя им энергию и органику как "плату за приют". Такие отношения называются симбиозом. Вообще в цитоплазме крупных эукариотных клеток часто попадаются другие одноклеточные ор

У прокариот нет оформленного, заключённого в оболочку ядра. Оно представлено у них кольцевой цепью ДНК. Так же нет цитоскелета, пищеварительных вакуолей, и многих других органоидов. Их роль выполняют мезосомы - многочисленные впячивания клеточной мембраны внутрь клетки

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В про-кариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эука-риотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хло-ропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Эукариоты (от греч. eu - хорошо и carion - ядро) - организмы, содержащие в клетках четко оформленное ядро. К эукариотам относятся одноклеточные и многоклеточные растения, грибы и животные, то есть все организмы, кроме бактерий. Клетки эукариот разных царств различаются по ряду признаков. Но во многом их строение сходно. Каковы же особенности клеток эукариот?

Прокариот (от лат. pro - вместо, впереди и carion) не имеют оформленного ядра. Ядерное вещество у них расположено в цитоплазме и не отграничено от нее мембраной. Прокариоты - наиболее древние примитивные одноклеточные организмы. К ним относят бактерии и цианобактерии (');">рис. 27). Размножаются они простым делением. У прокариот в цитоплазме расположена одиночная кольцевая молекула ДНК, которая называется нуклеоидом или бактериальной хромосомой. Непосредственно в цитоплазме располагаются рибосомы. Клетки прокариот гаплоидны. Они не содержат митохондрий, комплекса Гольджи, ЭПС. Синтез АТФ осуществляется в них на плазматической мембране.

Существующие в настоящее время организмы подразделяются на две большие группы -- прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии (эубактерии и архебактерии) а к эукариотам -- грибы, растения и животные, большинство из которых являются многоклеточными организмами и только некоторые -- одноклеточными. Многоклеточные эукариоты построены из разнообразных по своим функциям клеток, причем эти клетки значительно крупнее клеток прокариот (соотношение объемов приблизительно 2000:1). Наиболее важный отличительный признак эукариотических клеток -- наличие ядра (греч. karion; отсюда и название "эукариоты") и других органелл.

Эукариоты имеют истинное ядро. Оно содержит преобладающую часть генома эукариотической клетки. Геном в основном представлен набором хромосом, которые в ходе процесса, называемого митозом, удваиваются и распределяются между дочерними клетками. В хромосомах ДНК находится в связи с гистонами. В эукариотической клетке имеются и другие органеллы, содержащие ДНК, - митохондрии и (у растений) хлоропласты, но в этих органеллах находится лишь очень малая часть клеточного генома, которая представлена молекулами ДНК, замкнутыми в кольцо. Рибосомы в эукариотической клетке более крупные (80S), чем у прокариот.

Прокариоты не имеют окруженного мембраной ядра. ДНК в виде замкнутой в кольцо молекулы свободно располагается в цитоплазме. Эта «бактериальная хромосома» содержит всю необходимую для размножения клетки информацию. Кроме того, в прокариотической клетке могут содержаться очень небольшие кольцевые молекулы ДНК-плазмиды; без них, однако, клетка может обойтись. Прокариотическая клетка органелл не содержит; подразделение клетки на компартменты менее выражено, чем у эукариот. Рибосомы меньше (70S). У прокариот рибосомы, ферменты белкового синтеза и состав клеточной стенки имеют ряд особенностей, благодаря которым на клетку могут специфически воздействовать многие антибиотики..

Прокариоты морфологически относительно слабо дифференцированы, поэтому среди них можно различить лишь ограниченное число форм. В основном это либо сферические формы, либо прямые и изогнутые палочки. С таким внешним «единообразием» удивительно контрастирует чрезвычайное многообразие и пластичность метаболических процессов. В то время как животные и растения нуждаются в молекулярном кислороде, многие группы прокариот способны жить без доступа воздуха (в анаэробных условиях), получая необходимую для роста энергию в результате брожения или анаэробного дыхания. Другие группы прокариот обладают способностью использовать энергию света и строят нужные им вещества либо из органических соединений, либо из углекислоты (двуокиси углерода). Некоторые бактерии могут получать энергию путем окисления различных неорганических соединений или элементов. Среди бактерий широко распространена также способность к фиксации молекулярного азота.

Благодаря такой физиологической разносторонности и гибкости, а также высокой скорости синтетических процессов и роста, простому строению клеток и несложной структуре генетического аппарата прокариоты в последние десятилетия стали излюбленным объектом при изучении многих проблем общей биологии. Именно это обстоятельство (наряду с недостатком места) явилось причиной того, что в нашей книге главное место будет отведено биологии бактерий.

Существующие на сегодня живые клетки подразделяются на два вида: