Объекты и субъекты экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Введение в экологию

1. Краткая история и предмет экологии

Экология (от греческих слов ойкос - дом и логос - учение) - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Основным объектом экологии является экосистема - совокупность организмов (животные, растения, грибы, бактерии) и среды их обитания. Кроме того, экология изучает и группы организмов одного вида, входящие в экосистемы, - популяции, и отношение к среде отдельных организмов.

Подобно всем другим областям знания, экология развивалась непрерывно, но не равномерно на протяжении истории человечества. Труды Гиппократа, Аристотеля и других древнегреческих философов содержат сведения экологического характера. Однако греки не пользовались термином «экология». Этот термин ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 г., который в своих трудах «Всеобщая морфология организмов» (1866) и «Естественная история миротворения» (1868) впервые попытался дать определение сущности новой науки. Э.Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все условия существования. Они частично органической, частично неорганической природы; но как те, так и другие имеют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают приспосабливаться к себе».

Накопление сведений об образе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения животных и растений началось очень давно. Первые попытки обобщения этих сведений встречаются в трудах античных философов. Великими экологами прошлого можно назвать:

Аристотель описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении, например о миграциях и зимней спячке рыб, перелетах птиц, строительной деятельности животных, паразитизме кукушки, способе самозащиты у каракатицы и т. д.

Швед Карл Линней (1707-1778) создал удобную для практического использования классификацию видов растений и животных и систематизировал сведения об условиях жизни разных видов. Он ввел четырехчленные таксономические подразделения (класс - отряд - род - вид) и классифицировал животных на 6 классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые, черви.

В XVIII в благодаря многочисленным путешествиям по миру стало известно, что в разных частях света наблюдаются взаимосвязанные изменения климата, растительности и животного мира.

П.С. Паллас в своем капитальном труде «Зоография» подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родственных видов и т. п.

Ж. Бюффон (1707-1788) считал возможным «перерождение» видов под влиянием таких внешних факторов, как «температура климата, качество пищи и гнет одомашнивания».

Француз Антуан Лавуазье (1743-1794) (химик по основной специальности) в 1773 г. сформулировал представления о круговороте веществ в природе и выделил три группы организмов, которые в современном понимании соответствуют продуцентам, консументам и редуцентам.

Француз Жан Батист Ламарк (1744-1829) - автор первого эволюционного учения, первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое - биосферу, и предупредил человечество о возможных последствиях влияния человека на природу. Вот как звучало его мрачное пророчество: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Немец Александр Гумбольдт (1769-1859) сформулировал представления о жизненных формах растений, то есть типах внешнего облика, отражающего условия среды обитания, и выявил широтную и высотную зональность в распределении животных и растений. Как и Ламарк, он подходил к идее биосферы - говорил о единстве всего живого, населяющего планету.

Англичанин Томас Мальтус (1766-1834) (священник) был первым популяционным экологом - математически описал закономерности роста числа организмов одного вида. Вслед за Ламарком он дал прогноз возможных тяжелых последствий хозяйственной деятельности человека, если его численность будет увеличиваться без предела и произойдет перенаселение.

Чарлз Дарвин (1809-1882) создал учение об естественном отборе, который исключает перенаселение в природе за счет отмирания более слабых особей. Он объяснил отличие естественного отбора в природе, когда преимущество получает самый приспособленный организм, от искусственного отбора, который проводит человек при выведении сортов растений и пород животных. Искусственный отбор человек ведет исходя из полезности растений и животных. В результате отобранные им организмы теряют приспособленность к природным условиям.

В ХХ в. для развития экологии немало сделали русские ученые. Основы сельскохозяйственной экологии заложили А.Т. Болотов (1738-1833) и Н.И. Вавилов (1887-1943). К.Ф. Рулье (1814-1856) сформулировал принцип единства организма и условий среды. В.В. Докучаев (1846-1903) создал теорию почвообразовательного процесса. В.И. Вернадский (1864-1945) развил идеи Лавуазье, Ламарка и Гумбольдта и создал целостное учение о биосфере, показав геологическую роль, которую сыграли живые организмы в преобразовании нашей планеты. В.Н. Сукачев (1880-1967) создал учение, об однородных наземных экосистемах - биогеоценозах.

Зоологи Д.Д. Кашкаров (1878-1941) и В.В. Станчинский (1882-1942) много сделали для организации заповедного дела в СССР, обосновав необходимость сохранения экосистем заповедников как эталонов девственной природы. эволюционный экологический биоценоз жизнь

А.М. Гиляров внес вклад в разработку вопросов истории экологии, популяционной экологии и школьного экологического образования. Он был инициатором издания и редактором многих переводных книг по экологии.

Вплоть до середины ХХ в. экология была равной среди прочих наук, такой же, как физика, химия, ботаника или зоология. Её роль резко возросла во второй половине нашего столетия, когда о ней заговорили не только ученые, но и общественные деятели - политики, писатели и к этому времени начали сбываться прогнозы Ламарка и Мальтуса, и взаимоотношения человека и природы стали опасными. Население планеты увеличивается, растут промышленные гиганты, по дорогам, густой сетью опутавшим планету, мчатся миллионы автомобилей, в воздухе летают скоростные лайнеры. Все это загрязняет окружающую среду.

В результате хозяйственной деятельности человека истощаются запасы ископаемых ресурсов - нефти, угля и разных руд, теряют плодородие почвы, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры, вырубаются леса, мелеют реки, исчезает множество видов растений и животных.

Появился новый опасный фактор - радиационное загрязнение среды отходами атомных электростанций.

2. Структура экологии

Экология - это комплекс наук. В ее составе три главных части - общая, прикладная и социальная экология.

I. Общая экология. Самая традиционная часть экологии, биологическая наука, которая изучает приспособление организмов к условиям среды и их совокупности - популяции (один вид) и экосистемы (много разных видов). Общая экология изучает и самую большую экосистему нашей планеты - биосферу.

II. Прикладная экология. Включает много наук, которые разрабатывают технологии рационального природопользования и охраны природных ресурсов. Её науками являются:

- лесная экология изучает способы использования ресурсов лесов (древесина, промысловые животные, ягоды и др.) при их постоянном воспроизводстве и роль, которую играют леса в поддержании водного режима ландшафтов;

- экология тундр изучает пути рационального природопользования в тундре и лесотундре - оленеводства и охоты. В последнее десятилетие важным направлением стало изучение влияния на экосистемы тундр добычи нефти и газа и разработка способов уменьшения вредоносного воздействия промышленности;

- экология морей изучает влияние хозяйственной деятельности человека на морские экосистемы: использования биологических ресурсов, загрязнения при добыче на шельфе нефти и газа, сброса в воду промышленных и бытовых стоков и твердых отходов, в том числе с морских судов. Эта наука разрабатывает методы восстановления и поддержания популяций морских животных;

- сельскохозяйственная экология изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов пашни и лугов, при сохранении окружающей среды и производстве экологически чистых (не загрязненных опасными для здоровья человека веществами) продуктов;

- промышленная экология изучает влияние выбросов промышленных предприятий на окружающую среду и возможности уменьшения этого влияния за счет совершенствования технологии и очистных сооружений;

- городская экология изучает возможности улучшения среды обитания человека в городе и уменьшения пагубного влияния городов на окружающие их естественные и сельскохозяйственные экосистемы.

Некоторые науки экологического комплекса выделены не по объекту изучения, а по методам, которыми они пользуются:

- математическая экология моделирует и прогнозирует экологические процессы, т.е. изменения в природе, которые произойдут при изменении экологических условий;

- химическая экология разрабатывает методы определения концентраций загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу, воду, почву, продукты питания, способы химической очистки газообразных, жидких и твердых отходов и новые технологии производства, при которых количество отходов уменьшается.

III. Социальная экология исследует общие закономерности взаимоотношений общества и природы, разрабатывает пути их гармонизации и предотвращения экологического кризиса. Поскольку эта наука изучает социальные последствия влияния человека на природу во всех сферах его хозяйственной деятельности, то ее интересы пересекаются с городской, сельскохозяйственной, лесной экологией, экологией тундр и др. Социальный аспект отношений человека и природы наиболее важен при изучении экологии биосферы.

В состав социальной экологии входят следующие науки:

- медицинская экология изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды, способы их предупреждения и лечения.

- экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования - оценки стоимости ресурсов (вода, древесина, нефть и т.д.) и размеры штрафов за загрязнение среды, обосновывает наиболее эффективные формы вложения средств в улучшение экологической ситуации;

- экологическое право разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы. Юристы-экологи выступают адвокатами природы в судебных процессах, связанных с экологическими преступлениями или нарушениями законов рационального природопользования.

3. Иерархия уровней организации

Лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из концепции уровней организации жизни, которые составляют своеобразный «биологический спектр»

Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген - основные уровни организации жизни; на рис. 1. они расположены в иерархическом порядке - от крупных систем к малым (иерархия - это расположение ступенчатым рядом). На каждой ступени, или уровне, в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой мы будем подразумевать упорядочено взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.

Экология изучает главным образом те системы, которые расположены в правой части биологического спектра, т. е. системы выше уровня организма.

Популяция - группа особей любого вида организмов.

Сообщество (иногда называемое еще биотическим сообществом) включает все популяции, занимающие данный участок. Сообщество и неживая среда функционируя совместно, образует экологическую систему, или экосистему. Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз и биогеоценоз.

Биом - совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне. Он является крупной единицей классификации экосистем. Эта классификация основана на типе растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта. Биомы наземных экосистем выделяются по преобладающей жизненной форме растений и совпадают с природными зонами. Биомы водных экосистем выделяются по особенностям условий среды, которые определяют состав экосистем. Например биом лиственных лесов умеренного пояса.

Деление ступенчатого ряда, или иерархии, на компоненты во многих случаях искусственно. Например, системы “хозяин-паразит” или двухвидовая система «лишайник»(водоросль + гриб + зотобактер) представляют собой промежуточные уровни между популяцией и сообществом. Так как каждый уровень в спектре биосистемы «интегрирован», т. е. взаимосвязан с другими уровнями, здесь нет резких границ или разрывов в функциональном смысле. Их нет даже между организмом и популяцией. Например, организм, изолированный от популяции, не в состоянии жить долго, точно так же, как изолированный орган не может длительное время сохраняться как самоподдерживающаяся единица без своего организма. Подобным образом сообщество не может существовать, если в нем не происходит круговорот веществ и в него не поступает энергия.

4. Принцип эмерджентности

Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов в более «крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих эту единицу. Иными словами, свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей.

Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем два примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием нужных элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.

Фейблмен считал, что при каждом объединении подмножеств в новое множество возникает по меньшей мере одно новое свойство. Солт предлагает различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие - свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств.

Некоторые признаки, естественно, становятся более сложными и изменчивыми, когда по иерархии уровней организации (рис. 1.) продвигаешься слева направо, другие же, напротив, часто становятся менее сложными и менее изменчивыми. Поскольку на всех уровнях функционируют гомеостатические механизмы, а именно корректирующие и уравновешивающие процессы, действующие и противодействующие силы, амплитуда колебаний имеет тенденцию уменьшаться, когда мы переходим к рассмотрению более мелких единиц, функционирующих внутри крупных. Статистически разброс значений целого меньше суммы разброса частей. Например, интенсивность фотосинтеза лесного сообщества менее изменчива, чем интенсивность фотосинтеза у отдельных листьев или деревьев внутри сообщества; объясняется это тем, что если в одной части интенсивность фотосинтеза снижается, то в другой возможно его компенсаторное усиление. Если учесть эмерджентные свойства и усиление гомеостаза на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не обязательно знать все его компоненты. Это важный момент, поскольку некоторые исследователи считают, что не имеет смысла пытаться изучать сложные популяции и сообщества, не изучив досконально составляющие его более мелкие единицы. Напротив, изучение можно начать с любой точки спектра при условии, что учитывается не только изучаемый, но и соседние уровни, поскольку, как уже было сказано, некоторые свойства целого можно предсказать, исходя из свойств его частей (совокупные свойства), другие же нельзя (эмерджентные свойства).

Идеальное изучение какого-либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: системы, подсистемы (соседний низший уровень) и надсистемы (следующий верхний уровень).

Размещено на Allbest.ru