Вы убедились в сложности структуры современной экологии. Теперь рассмотрим причины, которые повлияли на ее развитие.
Завершив этапы формирования в XX в., экология вышла на уровень многоотраслевой науки. Ее основные предпосылки - это развитие новых направлений науки в связи с увеличением численности населения на Земле, научно-техническим прогрессом (НТП) и освоением космоса.
Названные глобальные экологические условия стали общими для жителей всей планеты. Неизвестные ранее продукты, сырье, нехватка энергии и проблемы загрязнения окружающей среды обострили негативные противоречия. Среди них можно назвать нарушение равновесия использования природных ресурсов между государствами. Появилась конкуренция между развитыми и развивающимися государствами в использовании природных ресурсов, приведшая к бесхозяйственности. В итоге возникла тенденция к истощению природных ресурсов, уменьшению численности растений и животных, нарушению экосистемы. Все это несет реальную угрозу для существования всех живых организмов, формировавшихся на протяжении миллионов лет.
На повестку дня встал вопрос о недопущении природных изменений и катаклизмов. Ученые признали, что только наука об экологии является наукой, всесторонне рассматривающей научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы. Экология постепенно выходит за пределы изучения условий окружающей среды живых организмов. Ее внимание приковано к выявлению причин их изменений в природе. Например, зоология проводила односторонние и конкретные исследования.
Теперь перед зоологией встала необходимость ответить на такие вопросы, как: "Почему уменьшается биологическое разнообразие?", "В чем причины исчезновения некоторых видов?" Для того чтобы ответить на эти вопросы, зоологи связывают объекты своих исследований с экологическими. Известный русский ученый, зоолог Д. Н. Кашкаров в своей работе "Среда и сообщества" (1933) писал, что "основу экологических исследований составляет изучение организмов во взаимосвязи с окружающей средой". В. В. Докучаев, основатель науки ландшафтоведение, писал: "...необходимо изучать взаимосвязь природных факторов и взаимоотношения неорганических веществ с живой природой". Ученый в своих положениях имел в виду экологические факторы.
Экологические факторы окружающей среды играют большую роль в жизнедеятельности живых организмов. Климат является решающим фактором для организма. В последнее время глобальные изменения климата отрицательно сказываются на всей экосистеме Земли. Изменение климата влияет на экосистему воды и суши, создает новые экологические проблемы для всех существующих там живых организмов. Это такие проблемы, как озоновые дыры, кислотные дожди, парниковый эффект, фотохимический смог, опустынивание, уменьшение биоразнообразия, проблемы пресной воды и т. д. Возникает новое направление экологии, изучающее эти проблемы, - глобальная экология.
Большой вклад в развитие экологии внесла география, так как только географические исследования открывают путь для развития экологии. Без знания строения земной коры, ее геоморфологии, физических условий и закономерностей развития невозможно понять ее экологическое содержание. Основа геоэкологических исследований заложена известными географами и геоботаниками JI . Г. Раменским, А. Г. Исаченко, В. Н. Сукачевым, Ф. Н. Миль- ковым и другими учеными.
В экологии появился ряд терминов - "экосистема", "геосистема", "социальная система", "антропогенные ландшафты", "биотоп" или "экотоп" и др.
Исследования В. И. Вернадского на уровне биосферы заложили фундамент экологической науки. Обобщая мысль о биосфере, он писал, что "биосфера - это единая экологическая система, охватывающая взаимодействие живых организмов и литосферы, гидросферы, атмосферы и техносферы". Действительно, объекты живых организмов встречаются повсюду: в воде и на суше.
"Живое вещество"-это известные вам биогенные элементы: кислород, углерод, азот, фосфор, сера, водород, входящие в состав живых организмов. Без этих веществ жизнь живых организмов невозможна. Эти "живые вещества" являются движущей силой и основным строительным материалом всего живого в биосфере.
С периода антропогенеза природные экосистемы выдерживают определенную нагрузку и подвергаются некоторым изменениям. Нарушаются процессы самовосстановления вещества в природе, что приводит к кризису.
Природная среда уже не может справляться с функцией самоочищения от техногенных загрязнителей (чужеродных продуктов). К техногенным загрязнителям относятся промышленные отходы, химические соединения, сплавы, пластиковые и технические остатки.
Чужеродные вещества входят в состав воздуха, воды, почвы и превращаются в очень опасные токсичные вещества. Итак, новое направление экологии - прикладная экология - призвано внедрять в жизнь новые технологии по выявлению последствий вредных техногенных процессов.
Изучив все изменения в биосфере, В. И. Вернадский предложил учение о ноосфере (греч. noos - "разум"). Основная идея учения заключается в том, что человек в дальнейшем будет главным фактором, мощной силой преобразования жизни на Земле. В. И. Вернадский прогнозировал влияние человека в XX в. на все проблемы Земли, способного превратить биосферу в сферу разумного гармоничного взаимоотношения природы и общества. При этом В. Вернадский обращал внимание на потребительские, варварские действия человека по отношению к природе. Он утверждал, что судьба планеты в будущем зависит от человеческого разума, сознания. Действительно, ученый еще в XIX в. предвидел обострение экологических проблем.
В. И. Вернадский также был первым ученым-мыслителем, кто дал научный прогноз судьбе биосферы. Решению глобальных проблем биосферы способствовало формирование и укрепление гармонии в сочетании "человек - общество - природа", что и явилось основой социальной экологии.
1.Экология - наука, всесторонне рассматривающая научно-теоретические основы охраны и рационального использования природы.
2.Учение В. И. Вернадского о биосфере и идеи о ноосфере полностью подтверждаются.
1.Определите значение новых понятий в экологии.
2.Каковы предпосылки развития новых направлений экологии?
3.Какова роль естественных наук в развитии экологии?
1.Каково значение элементов "живого вещества" для живых организмов?
2.Что вы знаете о В. И. Вернадском как основателе экологической науки?
1.Какова роль географии в развитии экологии?
2.В чем суть учения Вернадского о биосфере?
3.Какова роль биогенных элементов для организма?
В чем смысл теории В. И. Вернадского о ноосфере?
Задачи и основные направления в экологии. Основные понятия и термины.
Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 г. и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме или домоводство (ойкал - дом, жилище; логос - учение).
Следовательно, экология занимается, прежде всего, выяснением и изучением взаимоотношений организмов со средой обитания. Под взаимоотношениями при этом понимается как влияние среды на организмы, так и влияние организмов на среду.
В последние десятилетия термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека, в связи с его исключительным влиянием на среду и возникающими в связи с этим проблемами здоровья и выживания человечества.
Идеи экологии стали проникать во все отрасли знаний, с ней связывается гуманизация естественных и технических наук, она активно внедряется в гуманитарные области знаний. Т.е. формируется экологическое мировоззрение, призванное пронизывать все науки, технические процессы и сферы деятельности людей. Например, применительно к вашей сфере деятельности появились и используются такие понятия как экологическое воспитание, экология культуры, экология сознания, экология взаимоотношений людей и т. п. В процессе становления находится экологическая психология.
В более узком смысле экология делится на три основных направления:
1) биологическая - рассматривающая взаимоотношения между отдельными организациями и факторами среды или средами жизни, а также экологические закономерности существования популяций, функционирование экосистем разного порядка и функционирование биосферы.
2) географическая - геоэкология - изучающая связи между неживой природой и окружающей средой, также отношения природы с человеческим обществом, обусловленные его хозяйственной деятельностью.
3) социальная экология и экология человека - изучающая специфические связи между обществом, природой, человеком и его жизненной средой (окружением).
Объектом исследования экологии являются не конкретные объекты, явления, процессы, а связи.
Экология человека и социальная экология.
По мнению Н. Ф. Реймерса (1992г.) почти одновременно с классовой биоэкологией под другим названием возникла экология человека. На протяжении многих лет она формировалась в двух направлениях - собственно экология человека как организма и социальной экологией. Экология человека старше и шире по содержанию, чем социальная экология.
Согласно Н. Ф. Реймерсу разделение дисциплин «экология человека» и «социальная экология» следует проводить по дуалистическим качествам самого человека. Когда речь идет от индивидуума, организма - это «экология человека» (как аутэкология особи); когда рассматривается социальный ряд - это «социальная экология».
Основные понятия, термины экологии. Системность экологии.
Современные экологические представления опираются на широкую понятийную базу, заимствованную из биологии, географии, экономики, социологии, философии, а также возникшую в процессе формирования экологии как науки.
Основным понятием и основной таксономической и функциональной единицей в экологии является экосистема (Тэнсли, 1935г.) - это любое сообщество живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое. Основные свойства экосистемы - способность осуществить круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию.
Близким к понятию «экосистема» является понятие «биоценоз» (Сукачев). Его обычно применяют только к сухопутным природным системам и в него обязательно входит растительный покров (например, участок леса, степи, луга - сравни - гниющий ствол дерева, лужа - экосистемы).
Каждый биоценоз состоит из множества видов, но виды входят в него не отдельными особями, а популяциями. Популяция - это часть вида (совокупность особи одного вида), занимающая относительное однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности.
Системность экологии.
Экология как наука рассматривает экологические системы, звенья и элементы которых находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости, т.е. в ее основе лежит системная концепция . В соответствии с ней, весь окружающий нас мир материальный и нематериальный представляет собой систему, состоящую из бессмысленного множества систем разного порядка и соединяющих их связей.
Обычно выделяют три типа систем:
1. замкнутые , которые не обмениваются с соседними ни веществом, ни энергией.
2. закрытые , которые обмениваются с соседними энергией, но не веществом (космический корабль).
3. открытые , которые обмениваются с соседними и веществом, и энергией. Практически все природные (экологические) системы относятся к типу открытых.
Существование систем немыслимо без связей, которые делят на прямые и обратные.
Прямой называют такую связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции. Например, действия Солнца на земные процессы. При обратной связи элемент В отвечает на действия элемента А. Обратные связи бывают положительными и отрицательными.
При обратной связи элемент В отвечает на действия элемента А.Они играют значительную роль в экологических процессах. Обратные связи бывают положительные и отрицательные.
Обратная положительная связь ведет к усилению процесса в одном направлении.
Человеческая деятельность в природе приводит к нарушению этих связей, что ведет к разрушению экосистем или переходу их в другое состояние.
Иерархия уровней организации.
Для понимания содержания и организации современной экологии можно исходить из концепции уровней организации. В соответствии с ней уровни организации в данном случае организации живого: сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген, образуют иерархически организованную структуру жизни. Экология изучает, главным образом, системы выше уровня организма, рассматривая их во взаимодействии с неживой природой (абиотической средой). Например, сообщество и неживая природа, функционируя, совместно образуют экологическую систему или экосистему. Самая крупная экосистема, которую мы знаем, это биосфера или экосфера. Она включает все живые организмы Земли, находящиеся во взаимодействии с физической (неживой) средой Земли как единое целое.
Принцип эмерджентности .
Важное следствие иерархической организации систем состоит в том, что по мере объединения компонентов (элементов) в более крупные функциональные единицы, у этих новых единиц, возникают новые свойства, отсутствующие на предыдущем уровне. Такие универсальные свойства систем, в том числе и экосистем, называются эмерджентными . Такие качественно новые эмерджентные свойства нельзя предсказать исходя из свойств компонентов (элементов), составляющих этот уровень или единицу (систему). Эмерджентность можно выразить исходя также из понятия о несводимых свойствах , суть которого заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его части. Следовательно, для объяснения явлений, происходящих на определенном уровне, практически нельзя использовать данные, полученные на предыдущем уровне; он должен быть изучен непосредственно.
Недоучет эмерджентности может привести к крупным просчетам при вмешательстве человека в жизнь экосистем или конструировании и реконструкции систем для выполнения определенных целей. Агроценоз - низкая способность к саморегулированию и устойчивость - сравним луг, лес и т.п.
Энергетические процессы в экосистемах.
Энергетические процессы в экосистемах, которые являются открытыми и неравновесными подчиняются первому и второму началам термодинамики. При рассеивании энергии нарушается степень упорядоченности системы. Мерой необратимого рассеивания энергии является энтропия , т.е. мера беспорядка системы.
Живые организмы и нормально функционирующие экосистемы характеризуются высокой степенью упорядоченности и противостоят энтропии, сохраняя определенный уровень энергии - сравним живой и мертвый организм. Показатель противоположный энтропии носит название негэнтропия . Основным свойством нормально функционирующих природных экосистем является способность извлекать негэнтропию из внешней среды (солнечную энергию) и тем самым поддерживать свою высокую упорядоченность.
Экологии подчинено два направления исследований : теоретическая (биоэкология) и практическая экология.
¾ Теоретическая экология включает раздел "экология живых организмов" (биоэкология ).
Это материнский субстрат экологической науки . Основные подразделы: экология микромира, экология растений, экология животных, экология человека .
Но к известным классическим разделам (согласно идеям Ю.Одума, Р.Дажо, М.Реймерса, И.Дедю и др.) добавлены новые биоэкологические направления: биоэкомониторинг, теория заповедного дела, теория искусственных экосистем, основы биоиндикации, экотоксикология и др.
¾ Практическая экология объединяет несколько разделов:
1. науки об охране и рациональном использовании природных ресурсов (геоэкология ). Основные ее элементы: ландшафтная экология, биогеохимическая экология, экономика природопользования и охрана окружающей среды, экология атмосферы, гидросферы (включает экологию Мирового океана, естественных и искусственных водоемов, водотоков (рек, ручьев и т.п.)) и литосферы (включает экологию грунтов, месторождений полезных ископаемых (горного дела), геоинженерную экологию, геологическое заповедное дело и др.). Новые разделы блока - геоинформатика и экология геоэнергоаномальных зон . Многие проблемы геоэкологии (а именно ландшафтной экологии) имеют практическое значение, так как климатическими или иными физико-географическими условиями определяется набор видов, их продуктивность, возможность акклиматизации полезных форм, условия формирования и устойчивость природных очагов заболеваний и т.п.
2. другое направление экологии исследует конкретные механизмы, с помощью которых осуществляется приспособление биологических систем разного уровня к изменчивым условиям среды, необходимое для обеспечения их существования . Это направление называют функциональной или физиологической экологией , так как большинство адаптивных механизмов имеют физиологическую природу.
Изучение механизмов и закономерностей адаптаций важно для решения ряда проблем медицины, охотоведения, животноводства, растениеводства и т.д. Чаще всего исследуются организмы (аутэкология ).
3. важным направлением является эволюционной экологии , основной задачей которой служит выявление экологических закономерностей эволюционного процесса, путей и форм становления видовых адаптаций, а также реконструкция экосистем прошлого Земли (палеоэкология ) и выявление роли человека в их преобразовании (археоэкология ).
4. науки о социально-экономических факторах влияния на окружающую среду (социоэкология ) объединяет такие важные новые подразделы экологической науки, как экологическое образование, экологическое право, урбоэкология, экология народонаселения, экологический менеджмент, экологический маркетинг, национальная и международная экополитика.
5. науки о техногенных факторах влияния на окружающую среду (техноэкология ). Основными структурными элементами раздела являются экология энергетики (основные подразделы: экология АЭС, ТЭС, ГЭС, нетрадиционных источников энергии (солнечная, геотермальная, ветровая, биоэнергетика, энергетика моря)), промышленности (химической, металлургической, топливной, лесохозяйственной, машиностроительной промышленности и производства стройматериалов), агроэкология (мелиоративная, агрохимическая и экология животноводства), экология транспорта, военного дела, экологическая экспертиза.
Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки экологии как биологической науки, приобретая социальный и политический характер. Данное направление часто обозначают как социальная экология .
Высшим по рангу обобщающим понятием является универсальная (общая) экология - наука о тактике и стратегии сохранения и стабильного развития жизни на Земле.
Она обобщает всю экологическую информацию, поступающую из других разделов, и на основе анализа этих данных и моделирования развития экологической ситуации на планете способствует принятию научно и логически обоснованных решений, касающихся реализации стратегических планов развития цивилизации.
Объектами экологии или ее подразделений в зависимости от уровня исследований являются экосистемы или их элементы.
Предмет исследований:
· изучение особенностей и развития взаимосвязей между организмами, их группировками разных рангов, экосистемами и неживой компонентой экосистем;
· исследование влияния природных и антропогенных факторов на функционирование экосистем и биосферы в целом.
Основные задачи экологии:
· изучение с позиций системного подхода общего состояния современной биосферы планеты, причин его формирования и особенностей развития под влиянием природных и антропогенных факторов (т.е. изучение закономерностей формирования, существования и функционирования биологических систем всех уровней во взаимосвязи с атмосферой, литосферой, гидросферой и атмосферой);
· прогноз динамики состояния биосферы во времени и пространстве;
· разработка путей гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы, сохранение способности биосферы к самовосстановлению и саморегуляции с учетом основных экологических законов и общих законов оптимизации взаимосвязей общества и природы.
ВЫВОДЫ
1. Современные экологические исследования являются научной базой для разработки стратегии и тактики поведения человечества в природной среде, рационального природопользования, охраны и восстановления окружающей среды.
2. Важнейшим выводом экологических исследований должно стать определение экологической емкости территорий, которая полностью зависит от состояния его экосистем.
В экологии в соответствии с уровнями организации живого объективно выделяются разделы, изучающие органический мир на уровне особи (организма), популяции, вида, биоценоза, экосистемы (биогеоценоза) и биосферы (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Уровни организации материи (по Н. И. Николайкину, 2004)
В последнее время в экологии принято выделять разделы в зависимости от конкретного биологического объекта (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов), среды, местообитания организмов (экология суши, экология озера, моря, экология почвы, гидросферы), уровня организации живого. Одним из разделов экологии является экология человека. В экологии человека выделяют два важных направления. Одно связано с влиянием природной среды и ее компонентов на антропосистему (все структурные уровни человечества, все группы людей и индивидуумы), другое вытекает из необходимости изучать последствия антропогенной деятельности.
Современная экология включает в себя следующие направления (рисунок 1.3). В состав современной экологии входят:
– общая (классическая) экология, изучающая взаимодействия биологических систем с окружающей средой;
– геоэкология (ландшафтная экология), исследующая экосистемы (геоэкосистемы) высоких уровней, до биосферного включительно; интересы геоэкологии сосредоточены на анализе структуры и функционирования ландшафтов (природных комплексов географического ранга), взаимоотношений их составных биотических и косных (абиотических, неживых) компонентов, воздействия общества на природные составляющие;
– глобальная экология, изучающая общие законы функционирования биосферы как глобальной экологической системы;
– социальная экология, рассматривающая взаимоотношения в системе «общество – природа»;
– прикладная экология, изучающая механизмы воздействия человека на биосферу, способы предотвращения негативного воздействия и его последствий, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов. Она базируется на законах, правилах и принципах экологии и природопользования.
Рисунок 1.3 – Структура современной экологии
Одним из направлений современной экологии является экономическая экология, связанная с использованием природных ресурсов. Успешно развивается инженерная экология, решающая вопросы устранения отрицательных последствий вмешательства человека в природные сообщества.
При всем многообразии в современной экологии можно выделить три ветви: общая экология (классическая экология), геоэкология и прикладная экология.
Классическая экология изучает биологические системы, т. е.
занимается исследованием органического мира на уровнях особей, популяций, видов, сообществ. В связи с этим выделяют:– аутэкологию (экологию особей) – (от греч. аutos – сам) – устанавливает пределы существования особи (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействия факторов среды. Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм – растение, животное или микроорганизм. Термин «аутэкология» был введен швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г.;
– демэкологию (экологию популяций) – (от греч. demos – народ) – изучает естественные группы особей одного вида – популяции, условия их формирования, внутрипопуляционные взаимоотношения, динамику численности;
– эйдэкологию (экологию видов) – (от греч. eidos – образ, вид) – изучает вид как определенный уровень организации живой природы. В этом направлении проведено еще недостаточно научных исследований;
– синэкологию (экологию сообществ) – (от греч. sin – вместе) – изучает ассациации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен К. Шретером в 1902 г.
Экология - наука об окружающей среде и происходящих в ней процессах.
В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
Аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды) с окружающей его средой;
Популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;
Синэкологию (биоценологию)- изучающую взаимоотношений популяций, сообществ и экосистем со средой
Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства- изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы и т.д.
2.Какой вклад в биологию вложил к. Линней, ф. Реди, д. Эррел?
Карл Линней-шведский ученый-естествоиспытатель, создал единую систему классификации животных и растений, ввёл таксонометрические категории.
Реди в своем труде «Опыты о размножении насекомых» (1668) сумел экспериментально опровергнуть представление о том, что существуют живые организмы, самозарождающиеся в нечистотах. Другая его работа «Наблюдения над животными, живущими в живых же животных» (1684) также была связана с полемикой вокруг возможности самопроизвольного зарождения организмов. Он описал строение ленточных и круглых червей, а также органы размножения у самок и самцов аскарид.Тем не менее работы Реди имели существенное значение для опровержения ошибочной гипотезы самозарождения организмов, тем самым он наметил верное направление для будущих исследователей в этой области.
Эррел- первооткрыватель бактериофагов, которых детально описал и предложил использовать для лечения инфекционных заболеваний.
3.Какой вклад в общую биологию вложил л. Пастер, ч. Дарвин, г. Мендель?
Пастер стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии, создал технологию пастеризации.
Дарвин один из первых продемонстрировал, что все виды живых организмов эволюционируют во времени, доказал, что основной движущей силой является естественный отбор и изменчивость.
4. Какой вклад в общую биологию вложил Ивановский, а.И. Опарин?
Опарин впервые высказал предположение о составе первичной атмосферы Земли и о возможности образования органических соединений из неорганических под действием мощных электрических разрядов.
Ивановский
5. Назовите уровни организации живой материи, согласно иерархии.
микромир – мир атомов и элементарных частиц – предельно малых непосредственно ненаблюдаемых объектов, размерность от 10-8 см до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 с.
макромир – мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин: земных расстояний и скоростей, масс и объемов; размерность макрообъектов соотносима с масштабами человеческого опыта – пространственные величины от долей миллиметра до километров и временные измерения от долей секунды до лет.
мегамир – мир космоса (планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики); мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние измеряется световыми годами, а время миллионами и миллиардами лет
