Задачи и упражнения к школьному курсу общей экологии

(Печатается с сокращениями)

Часть 1. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Введение. Экология как наука

1. Экология – это:

а) наука о взаимоотношениях человека с окружающей средой;
б) наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой;
в) природа;
г) охрана и рациональное природопользование.

(Ответ: б. )

а) Ч.Дарвин;
б) А.Тенсли;
в) Э.Геккель;
г) К.Линней.

(Ответ: в. )

3. Опираясь на определение экологии, установите, какие утверждения являются грамотными:

а) «В нашем районе плохая экология»;
б) «Экология в наших местах испорчена»;
в) «Экологию необходимо охранять»;
г) «Экология – основа природопользования»;
д) «Экология – здоровье людей»;
е) «Экология у нас стала хуже»;
ж) «Экология – это наука».

(Ответ: г и ж. )

Глава 1. Организм и среда.
Потенциальные возможности размножения организмов

1. Расположите названные виды деревьев в порядке возрастания числа семян, производимых ими за год: дуб черешчатый, береза повислая, кокосовая пальма. Как изменяется в выстроенном вами ряду деревьев размер семян (плодов)?
(Ответ: кокосовая пальма --> дуб черешчатый --> береза повислая. Чем крупнее семена, тем меньше их производит дерево за единицу времени.)

2. Расположите названные виды животных в порядке увеличения их плодовитости: шимпанзе, свинья, обыкновенная щука, озерная лягушка. Объясните, почему самки одних видов приносят за один раз 1–2 детеныша, а других – несколько сотен тысяч.
(Ответ : шимпанзе --> свинья --> озерная лягушка --> обыкновенная щука. У видов, самки которых приносят относительно меньше потомков за один раз, наблюдается более выраженная забота о потомстве и меньшая смертность потомства.)

4*. Бактерии способны очень быстро размножаться. Каждые полчаса путем деления из одной клетки образуются две. Если одну бактерию поместить в идеальные условия с обилием пищи, то за сутки ее потомство должно составить 248= 281474976710 700 клеток. Такое количество бактерий заполнит 0,25-литровый стакан. Какое время должно пройти, чтобы бактерии заняли объем 0,5 л?

а) одни сутки;
б) двое суток;
в) один час;
г) полчаса.

(Ответ: г. )

5*. Постройте график роста численности домовых мышей в течение 8 месяцев в одном амбаре. Исходная численность составляла две особи (самец и самка). Известно, что в благоприятных условиях пара мышей приносит 6 мышат каждые 2 месяца. Через два месяца после рождения мышата становятся половозрелыми и сами приступают к размножению. Отношение самцов и самок в потомстве 1:1.
(Ответ: если по оси X отложить время в месяцах, а по оси Y – число особей, то координаты {x, y} и т.д. последовательно расположенных точек на графике будут: {0, 2}, {1, 8}, {2, 14}, {3, 38}, {4, 80}.)

6*. Прочитайте приведенные ниже описания особенностей размножения некоторых видов рыб примерно одинакового размера. На основе этих данных сделайте заключение о плодовитости каждого вида и сопоставьте названия видов с числом откладываемых рыбами икринок: 10 000 000, 500 000, 3 000, 300, 20, 10. Почему в выстроенном вами ряду видов рыб наблюдается падение плодовитости?

Дальневосточный лосось кета откладывает относительно крупную икру в специально вырытую ямку на дне реки и засыпает ее галькой. Оплодотворение у этих рыб наружное.
Треска откладывает мелкую, плавающую в толще воды, икру. Такая икра называется пелагической. Оплодотворение у трески наружное.
Африканские тиляпии (из окунеобразных) собирают отложенную и оплодотворенную икру в ротовую полость, в которой вынашивают ее до вылупления молоди. Рыбы в это время не питаются. Оплодотворение у тиляпий наружное.
У мелких кошачьих акул оплодотворение внутреннее, они откладывают крупные яйца, покрытые роговой капсулой и богатые желтком. Акулы маскируют их в укромных местах и некоторое время охраняют.
У катранов , или колючих акул , живущих в Черном море, также внутреннее оплодотворение, но их зародыши развиваются не в воде, а в половых путях самок. Развитие происходит за счет питательных запасов яйца. У катранов рождаются зрелые, способные к самостоятельной жизни детеныши.
Обыкновенная щука откладывает мелкую икру на водные растения. Оплодотворение у щук наружное.

(Ответ: 10 000 000 – треска, 500 000 – обыкновенная щука, 3 000 – кета, 300 – тиляпия, 20 – кошачья акула, 10 – катран. Плодовитость вида зависит от показателя смертности особей, составляющих этот вид. Чем смертность выше, тем, как правило, выше и плодовитость. У тех видов, которые мало заботятся о выживаемости своих потомков, смертность довольно большая. И в качестве ее компенсации увеличивается плодовитость. Повышение степени заботы о потомстве приводит к относительному снижению плодовитости вида.)

7*. Почему человек из птиц преимущественно разводит лишь представителей отряда курообразных и гусеобразных? Известно, что по качеству мяса, скорости роста, размерам, степени привыкания к человеку им не уступают ни дрофы, ни стрепеты, ни кулики, ни голуби.
(Ответ: у представителей курообразных и в меньшей степени гусеобразных очень высокая плодовитость. В среднем в кладке представителей куриных птиц 10–12, а у некоторых видов (перепела) – и до 20 яиц. В кладке разных видов гусеобразных в среднем 6–8 яиц. В то же время у голубей и дроф в кладке не более 2, а у куликов – не более 4 яиц.)

8*. Если любой вид способен к беспредельному росту численности, почему же существуют редкие и находящиеся под угрозой исчезновения организмы?

(Ответ: в этом «повинны» факторы-ограничители. Их действие перекрывает способности вида восстанавливать и увеличивать свою численность. Человек своей деятельностью благоприятствует усилению разнообразных факторов–ограничителей, которые снижают численность вида.)

Общие законы зависимости организмов от факторов среды

2. Выберите правильное определение закона ограничивающего фактора:

а) оптимальное значение фактора наиболее важно для организма;
б) из всех факторов, действующих на организм, наиболее важен тот, значение которого больше всего отклоняется от оптимального;
в) из всех факторов, действующих на организм, наиболее важен тот, значение которого меньше всего отклоняется от оптимального.

(Ответ: б. )

3. Выберите фактор, который можно считать ограничивающим в предлагаемых условиях.

1. Для растений в океане на глубине 6000 м: вода, температура, углекислый газ, соленость воды, свет.
2. Для растений в пустыне летом: температура, свет, вода.
3. Для скворца зимой в подмосковном лесу: температура, пища, кислород, влажность воздуха, свет.
4. Для речной щуки в Черном море: температура, свет, пища, соленость воды, кислород.
5. Для кабана зимой в северной тайге: температура; свет; кислород; влажность воздуха; высота снежного покрова.

(Ответ: 1 – свет; 2 – вода; 3 – пища; 4 – соленость воды; 5 – высота снежного покрова.)

4. Из перечисленных веществ с наибольшей вероятностью будет лимитировать рост пшеницы на поле:

а) углекислый газ;
б) кислород;
в) гелий;
г) ионы калия;
д) газообразный азот.

(Ответ: г. )

5*. Может ли один фактор полностью компенсировать действие другого фактора?

(Ответ: полностью никогда, частично может.)

Основные пути приспособления организмов к среде

1. Три основных способа приспособления организмов к неблагоприятным условиям среды: подчинение, сопротивление и избегание этих условий. К какому способу можно отнести:

а) осенние перелеты птиц с северных мест гнездования в южные районы зимовок;
б) зимнюю спячку бурых медведей;
в) активную жизнь полярных сов зимой при температуре минус 40 оС;
г) переход бактерий в состояние спор при понижении температуры;
д) нагревание тела верблюда днем с 37 оС до 41 оС и остывание его к утру до 35 оС;
е) нахождение человека в бане при температуре в 100 оС, при этом его внутренняя температура остается прежней – 36,6 оС;
ж) переживание кактусами в пустыне жары в 80 оС;
з) переживание рябчиками сильных морозов в толще снега?

(Ответ: избегание – а, з; подчинение– б, г, д; сопротивление – в, е, ж.)

2. Чем отличаются теплокровные (гомойотермные) организмы от холоднокровных (пойкилотермных)?
(Ответ: теплокровные организмы отличаются от холодно–кровных тем, что имеют высокую (как правило, выше 34 оС) и постоянную (колеблющуюся обычно в пределах одного-двух градусов) температуру тела.)

3. Из перечисленных организмов к гомойотермным относятся:

а) окунь речной;
б) лягушка озерная;
в) дельфин-белобочка;
г) гидра пресноводная;
д) сосна обыкновенная;
е) ласточка городская;
ж) инфузория-туфелька;
з) клевер красный;
и) пчела медоносная;
к) гриб подберезовик.

(Ответ: в, е. )

4. В чем преимущество гомойотермии над пойкилотермией?
(Ответ: постоянная внутренняя температура тела позволяет животным не зависеть от температуры окружающей среды; создает условия для протекания всех биохимических реакций в клетках; позволяет осуществлять биохимические реакции с высокой скоростью, что повышает активность организмов.)

5. В чем недостатки гомойотермии по сравнению с пойкилотермией?
(Ответ: гомойотермные животные в сравнении с пойкилотермными имеют большие потребности в пище и воде.)

6. Температура тела песца остается постоянной (38,6 °С) при колебаниях температуры окружающей среды в диапазоне от –80 °С до +50 °С. Перечислите приспособления, которые помогают песцу удерживать постоянную температуру тела.
(Ответ: шерстный покров, подкожный жир, испарение воды с поверхности языка (для охлаждении организма), расширение и сужение просветов кожных сосудов – физическая терморегуляция. Поведение, которое помогает менять температурные условия окружающей среды, – поведенческая терморегуляция. Развитая регуляция клеточных химических реакций, вырабатывающих тепло, которая происходит по команде из специального теплового центра в промежуточном мозге, – химическая терморегуляция.)

7. Можно ли бактерий, постоянно обитающих в горячих источниках гейзеров при температуре 70 оС и не способных выжить, если температура их клеток изменится всего на несколько градусов, назвать теплокровными организмами?
(Ответ: нельзя, так как теплокровные животные поддерживают постоянно высокую внутреннюю температуру благодаря внутреннему теплу, вырабатываемому самим организмом. Обитающие в горячих источниках бактерии используют внешнее тепло, но так как их температура всегда высокая и постоянная, их называют ложногомойотермными.)

8. Клесты строят гнезда и выводят птенцов зимой (в феврале). Это происходит потому, что:

а) у клестов есть особые приспособления, помогающие переносить низкие температуры;
б) в это время много корма, которым питаются взрослые птицы и птенцы;
в) им необходимо успеть вывести птенцов до прилета основных конкурентов – птиц из южных районов.
(Ответ: б. Основной корм клестов – семена хвойных пород. Они созревают в конце зимы – начале весны.)

9*. Какие птицы несколько десятилетий тому назад из средних и северных широт улетали осенью на юг, а сейчас живут круглый год в крупных городах. Объясните, с чем это связано.
(Ответ: грачи, утки-кряквы. Это связано с тем, что возросло количество доступной пищи зимой: увеличилось число помоек и свалок, появились незамерзающие водоемы.)

10*. Почему в холодных частях ареала можно встретить темноокрашенных рептилий чаще, чем в теплых? Например, обитающие за полярным кругом гадюки преимущественно меланисты (черные), а на юге – светлоокрашенные.
(Ответ: черный цвет в большей степени, чем какой-либо, поглощает тепло. Темноокрашенные рептилии быстрее нагреваются.)

11. При летнем похолодании стрижи бросают свои гнезда и перемещаются на юг, иногда на сотни километров. Птенцы впадают в оцепенение и способны в таком состоянии, без пищи, находиться несколько дней. При потеплении родители возвращаются. Объясните, чем вызваны откочевки.
(Ответ: при похолодании численность летающих насекомых, которыми питаются стрижи, резко уменьшается. Оцепенение птенцов стрижей – это приспособление к жизни в северных странах, где летнее похолодание наблюдается достаточно часто.)

12*. Почему птицы и млекопитающие легче переносят низкую внешнюю температуру, чем высокую?
(Ответ: снизить потери тепла можно многими способами, увеличить же теплоотдачу гораздо труднее. Основной путь для этого – испарение воды из организма. Однако в местах, где часто наблюдается высокая (более 35 оС) температура воздуха, обычно имеет место и дефицит влаги.)

13*. Объясните, почему у поверхности водоемов живут растения преимущественно зеленой окраски, а на больших морских глубинах – красной.
(Ответ: на глубину в несколько десятков и сотен метров проникают только коротковолновые лучи: синие и фиолетовые. Для их поглощения (с последующей передачей энергии молекулам хлорофилла) у водорослей имеется значительное количество красных и желтых пигментов. Они маскируют зеленый цвет хлорофилла, и растения выглядят красными.)

Основные среды жизни

1. Самые быстродвигающиеся животные живут в среде:

а) наземно-воздушной;
б) подземной (почва);
в) водной;
г) в живых организмах.

2. Назовите самое крупное животное, которое когда-либо существовало (и существует ныне) на Земле. В какой среде оно обитает? Почему в других средах обитания возникнуть и существовать такие крупные животные не могут?
(Ответ: синий кит. В водной среде выталкивающая (архимедова) сила позволяет значительно компенсировать силу тяготения.)

3. Объясните, почему в давние времена воины определяли приближение вражеской конницы, приложив ухо к земле.
(Ответ: проводимость звука в плотной среде (почва, земля) выше, чем в воздушной.)

4. Ученые-ихтиологи сталкиваются с серьезными проблемами при сохранении глубоководных рыб для музеев. Поднятые на палубу корабля, они в буквальном смысле слова взрываются. Объясните, почему это происходит.
(Ответ: на больших океанских глубинах создается колоссальное давление. Чтобы не быть раздавленными, организмы, живущие в этих условиях, должны иметь такое же давление внутри своего организма. При быстром поднятии на поверхность океана они оказываются «раздавленными изнутри». )

5. Объясните, почему глубоководные рыбы имеют либо редуцированные, либо гипертрофированные (увеличенные) глаза.
(Ответ: на большие глубины проникает очень мало света. В этих условиях зрительный анализатор должен быть либо очень чувствительным, либо он становится ненужным – тогда зрение компенсируется за счет других органов чувств: обоняния, осязания и др.)

6. Если смешать воду, песок, неорганические и органические удобрения, будет ли эта смесь почвой?
(Ответ: нет, т.к. почва должна иметь определенную структуру и в ее состав должны входить живые существа.)

7. Заполните пропуски, выбирая одно слово из пары в скобках.

(Ответ: не грозит, слабые, агрессивна, имеют, не имеют, не имеют, не имеют, большое.)

8*. В каких средах обитания животные имеют наиболее простое строение органа слуха (сравнивать необходимо близкородственные группы животных)? Почему? Доказывает ли это, что в этих средах животные плохо слышат?
(Ответ: в почве и воде. Это связано с тем, что проводимость звука в этих плотных средах наилучшая. Факт простой организации органов слуха этих животных не доказывает того, что они плохо слышат. Лучшее распространение звуковой волны в плотной среде способно компенсировать низкую организацию органов слуха.)

9. Объясните, почему постоянноводные млекопитающие (киты, дельфины) имеют гораздо более мощные теплоизоляционные покровы (подкожный жир), чем наземные звери, обитающие в суровых и холодных условиях. Для сравнения: температура соленой воды не опускается ниже –1,3 °С, а на поверхности суши она может падать до –70 °С.)
(Ответ: вода обладает значительно более высокой теплопроводностью и теплоемкостью, чем воздух. Теплый предмет в воде будет намного быстрее остывать (отдавать тепло), чем на воздухе.)

10*. Весной многие люди жгут пожухлую прошлогоднюю траву, обосновывая это тем, что свежая трава будет расти лучше. Экологи, напротив, утверждают, что это делать нельзя. Почему?
(Ответ: мнение о том, что после пала новая трава растет лучше, вызвано тем, что молодые проростки кажутся более дружными и зелеными на черном фоне пепелища, чем среди пожухлой травы. Однако это не более чем иллюзия. На самом деле во время пала многие побеги молодых растений обугливаются и их рост замедляется. В огне гибнут миллионы насекомых и других беспозвоночных, обитающих в подстилке и травянистом ярусе, уничтожаются кладки птиц, гнездящихся на земле. В норме органические вещества, составляющие пожухлую траву, разлагаются и постепенно переходят в почву. Во время пожара они сгорают и превращаются в газы, поступающие в атмосферу. Все это нарушает круговорот элементов в данной экосистеме, ее естественный баланс. Кроме того, сжигание прошлогодней травы регулярно приводит к пожарам: горят леса, деревянные постройки, столбы линий энергоснабжения и связи.)

Продолжение следует

*Задания повышенной сложности, имеющие познавательный и проблемный характер.

Экология - наука о взаимодействии живых орга­низмов и их систем с окружающей средой (ОС), об их взаимовлиянии и взаимопроникновении, что позволя­ет определить пути оптимизации и возможного изме­нения условий для окружающей среды и живых орга­низмов. Под окружающей средой понимается практи­чески вся Вселенная. Очень часто термин ОС заменяют словом «природа».

Под живыми организмами понимается не только че­ловек, но и все остальные живые представители приро­ды: животные, растения, простейшие организмы.

В буквальном переводе слово «экология» означает учение о «доме» (от греч. «ойкос» - местообитание, жилище, дом и «логос» - учение). Впервые этот термин и общее определение экологии было сделано немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г.

В соответствии с историей раз­вития экологии в ней можно выделить такие отрасли:

а) биоэкология - экология микроорганизмов, гри­бов, простейших, животных (отдельно рассматри­вается биоэкология птиц, рыб и т. д.), а также палеоэкология (эволюционная экология);

б) экология систем - тундр, пустынь, полупустынь, лесов, степей и т. п. Сюда же относится радиаци­онная и химическая экология. Термин «экосисте­ма» предложен в 1935 г. английским ботаником А. Гексли;

в) экология человека - историческая, археологичес­кая, собственно человека, города (урбоэкология), промышленная, сельскохозяйственная, рек­реационная (экология зон отдыха), правовая, эко­номическая и т. п.

2. Структура современной экологии

С научной точки зрения вполне обоснованно деле­ние экологии на теоретическую и прикладную:

теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни;

прикладная экология изучает механизмы разруше­ния биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рациональ­ного использования природных ресурсов.

Экология

Динамическая;

Аналитическая;

Общая (биоэкология);

Геоэкология;

Прикладная;

Экология человека;

Социальная экология.

Аутэкология (аутоэкология) представляет собой раздел экологии, который изучает особенности реагирования и взаимодействия видов живых организмов с факторами окружающей среды. В настоящее время аутэкологии в качестве самостоятельной научной дисциплины выделилась популяционная экология, предметом научных исследований которой является популяция живых организмов, существующих в определенных условиях среды и под влиянием которых она развивается видоизменяется.

Синэкология - это раздел экологической науки, который изучает закономерности развития и существования сообществ живых организмов (биоценозов) в конкретных изменяющихся условиях среды обитания. В последние годы активно развивается такая отрасль экологии, как биогеоценология. Активизация научных поисков в рамках этого направления связана с выявленными значительными влияниями биогеоценотических факторов на особенности развития человеческих сообществ.

Популяционная экология

Популяция - группа организмов одного вида, про­живающих в определенном районе. Примерами попу­ляций являются все окуни в пруду, белки обыкновен­ные или дубы белые в лесах, население в отдельной стра­не или население Земли в целом. Популяции - это динамичные группы организмов, адаптирующиеся к изменениям условий окружающей среды путем из­менения своих размеров, распределения возрастных групп (возрастной структуры), генетического состава.

Биогеоценология - Однородные участки суши или воды, заселенные живыми организмами, называются биотопами (места­ми жизни). Исторически сложившееся сообщество орга­низмов разных видов, населяющих биотоп, называется биоценозом, или биомом.

Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа образуют устойчивую и динамичную систему - биогеоценоз, или экосистему. Таким обра­зом, биогеоценоз - это совокупность биома и биотопа.

Некоторые авторы усматривают различие в терми­нах «экосистема» и «биогеоценоз». В этом случае от­личие заключается в том, что экосистема может не содержать растительных сообществ, а биогеоценоз не­возможен без фитоценоза. Границы биогеоценоза со­впадают с границами растительного сообщества, яв­ляющегося его основой. Биогеоценоз функционирует как целостная, самовоспроизводящаяся и саморегули­рующаяся система. В состав биогеоценоза входят сле­дующие компоненты:

неорганические вещества, включающиеся в кру­говорот (соединения углерода, азота, кислорода, вода, минеральные соли и пр.);

климатические факторы (температура, давление, освещенность и др.);

органические вещества (белки, нуклеиновые кис­лоты, углеводы, липиды);

продуценты - автотрофные организмы, синтези­рующие органические вещества из неорганичес­ких под действием солнечного света (в основном зеленые растения);

консументы - гетеротрофные организмы (расти­тельноядные и плотоядные потребители готового органического вещества). В основном животные.

■ деструкторы и редуценты - гетеротрофные орга­низмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных (черви, мокрицы, раки, сомы) и пре­вращающие их в минеральные соединения (бак­терии, грибы).

Глобальная экология (изучение биосферы)

Также в подразделение общей экологии входят: экология растений; экология животных; экология микроорганизмов; водных организмов.

Раздел геоэкология рассматривает: экология суши;экология пресных вод;экология моря; экология Крайнего Севера;экология высокогорий и т.д.

Прикладная экология: промышленная (инженерная);технологическая;С/х;медицинская;промысловая;химическая;рекреационная; геохимическая;к природоиспользованию.

Экология человека: экология города;экология народонаселения;

Социальная экология: экология личности;экология человечества;экология культуры;этноэкология.

Жизнь находится повсюду: в воздухе, воде, земле. Наша планета – дом для миллиардов форм жизни, от простейших микроорганизмов до человека разумного. И все мы, вместе, оказываем сильное влияние на жизнедеятельность планеты. Экология – это наука, изучающая особенности взаимодействия всех живых существ, сообществ и то, как они влияют на окружающую среду.

Что такое экология

Понятие об экологии, в современном мире, имеет намного большее значение, чем на ранних этапах развития научного направления. Ошибочно полагать, что основная задача науки – решение вопросов, связанных с охраной природы. Подобное смещение легко объясняется, пагубным влиянием человеческой жизнедеятельности на окружающую среду.

Есть два совершенно разных понятия экологии, как науки, об окружающей среде:

• Ecological – относится к экологии;
• Environmental - относится к окружающей среде.

Изначально, Эрнстом Геккелем существовала чётко обозначенная область биологических знаний. Однако, внимание общественности, к вопросам экологии, привело к тесной связи экологии с другими науками. Теперь экология общая и объединяет в себе биологические, естественные и гуманитарные науки.

История

Как отдельное направление научных исследований, экология начала зарождаться в середине двадцатого века. Раньше она считалась лишь частью биологии. Её основоположником стал немецкий естествоиспытатель и ярый сторонник теории Дарвина – Э. Геккель.

Формированию экологии, как отдельного направления для изучения, поспособствовали одновременно два фактора:

• Увеличение роста населения планеты;
• В начале двадцатого века научно-технический прогресс начал усиленно развиваться.

Развитая промышленность начала пагубно сказываться на состоянии окружающей среды, из-за увеличения потребляемых ресурсов. Численность людей начала превышать поголовья других живых существ. В отличие от человека, их численность начала стремительно уменьшаться. Человеческий комфорт стал приоритетом, а научно-технический прогресс позволил людям обустраивать своё местообитание в любой местности.

Такое положение вещей губительно повлияло на состоянии природы. Появилась острая необходимость в изучении экологии, как науки. Исследование экологических факторов и взаимосвязей с окружающей средой всех живых существ необходимо, чтобы остановить вымирание. Таким образом, экология стала неотделима от других наук .

Основа общих исследований экологического направления - это изучение взаимодействий объектов, организованных на биосферном, видовом, биоцентрическом и организменном уровнях с окружающей средой. Из общей экологии выделяют несколько главных отделов:

1. Демэкология – изучает экологию популяций, природные механизмы, влияющие на численность и плотность живых организмов. Исследует допустимые границы изъятия разных популяций и видов.
2. Аутэкология – исследует экологию живых организмов, виды, их индивидуальные связи с окружающей средой и в составе общих видовых групп.
3. Синэкология изучает экологию сообществ, экосистемные и популяционные взаимодействия с окружающей средой, биогеоценозные механизмы и структуру.

Образно, экологию можно описать как науку, изучающую взаимодействия неживой и живой природы . Это область изучения систем уровнем выше, чем один отдельный организм. Основные объекты исследований:

• Биосфера – распространение жизни на планете;
• Популяция – относящиеся к одному или нескольким сходным видам групп организмов и обитающих на определённой территории;
• Экосистема – исследования совокупности популяций на исследуемой территории (биотическое сообщество) и среду обитания.

Связь природы с человеком специфична. Люди имеют разум, который позволяет осознать своё предназначение и место на планете. С древних времён, человечество задавалось вопросами о своей роли в мире. Будучи частью природы , люди основали среду обитания – человеческую цивилизацию. Однако путь развития, выбранный человечеством, вступал в противоречия с окружающим миром, пагубно отражаясь на состоянии природы. Однако, современный уровень развития человеческой цивилизации, привёл людей к осознанию своих ошибок: бездумная эксплуатация природных ресурсов угрожает существованию человечества. И экология предлагает пути решения этой проблемы.

Экологическая проблема достигла общепланетарных масштабов и привела к необходимой экологизации. Это учёт экологических требований и законов, для деятельности человека во всех науках.

Экология связывает биологические и физические явления, создавая мост между науками общества и естественными науками. В отличие от дисциплин линейной структуры, экология развивается по горизонтали, включая вопросы из разных дисциплин.

Проблемы взаимодействия общества и природы можно решить только объединив вместе несколько аспектов:

• Экономические;
• Географические;
• Социальные;
• Технологические.

Но ни одна современная наука, кроме экологии, не может справиться с этой задачей. Так как, только она является интегрированным направлением, направленным на совершенствование взаимодействий.

Современная экология, выйдя из несамостоятельного биологического отдела, переросла в междисциплинарную науку. Нарушив границы классической биологии и естествознания, экология приобрела собственную мировоззренческую составляющую. Принципы науки связаны с биологией, философией и культурой.

Все экологические исследования проводятся в природных условиях и делятся на две категории: лабораторные и полевые. Которые также разделить на несколько категорий:

Среда обитания

Все, что нас окружает, живые и неживые объекты – всё это окружающая среда . Собственная окружающая среда – это всё, что мы видим и не видим (воздух) вокруг себя. Отдельные детали окружающей среды постоянно изменяются, но основная её часть неизменна. Тело человека – окружающая среда для бактерий.

Чтобы понять влияние экологических факторов на живые организмы, нужно увидеть взаимосвязь среды обитания и жизни живых объектов. Природные нашей планеты являются местом обитания для различных видов животных и растений. Именно из среды обитания живые организмы получают всё необходимое для полноценной жизнедеятельности .

Благодаря разнице условий существования, в разных средах обитания, у различных организмов выработался ряд специфических морфологических, физиологических и поведенческих различий. Это позволяет им приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям их среды обитания.

В основе экологии большое значение уделяется различным экологическим факторам. Это элементы среды обитания и условия среды обитания, влияющие на адаптационные способности живых организмов. Выделяют три группы экологических факторов:

Именно человеческая деятельность вызывает серьёзные сдвиги в биогеоценозах. Одним видам это благоприятствует, а другие – губит. Поэтому основная экологическая проблема – влияние антропогенных факторов.

Если не решить основную антропогенную проблему, планету ждут кислотные дожди, загрязнение, истощение озонового слоя, деградация и эрозия почвы. Вина за все эти события возложена на деятельность человека. Его бездумное вмешательство в природные процессы приводит не только к загрязнению планеты, но и к её уничтожению.

Пагубное влияние человека на окружающую среду

Кроме взаимоотношений между природой и живыми организмами, экология также занимается решением вопросов, связанных с загрязнением окружающей среды. На научном языке наш окружающий мир называется биосфера. Загрязнением называется процесс попадания в биосферу веществ, пагубно воздействующих на места обитания живых организмов. Однако, не только токсические вещества могут навредить нашей планете. Кроме твёрдых, газообразных и жидких веществ, в биосферу попадают различные вредоносные энергии. Например: излучения, звуки, шумы. Загрязнения окружающей среды разделяют на два вида. Классификация которых производится по происхождению.

Антропогенное загрязнение – вина человека. Считается самым опасным , ведь современная наука до сих пор не нашла эффективных способов нейтрализации влияния человека на окружающий мир. Такие загрязнения имеют огромные масштабы, затрагивая не только атмосферу, но и почву, воду. Человеческая цивилизация оставила след своей жизнедеятельности даже в околоземном космическом пространстве. Если не развивать экологию, как науку, человечество будет неизбежно приближаться к всемирной экологической катастрофе.

Природные загрязнения – происходят без вмешательства человека и устраняются естественным путём.

Изучение экологии как науки, экологических факторов имеет большое значение, для человеческой цивилизации. Загрязнение окружающей среды влияет не только на животные сообщества. Человек, как часть природы также страдает от экологических проблем. Загрязнённые воздух , вода и почва негативно сказываются на последующих поколениях. С самого рождения они вынуждены употреблять вредные химические консерванты, которые накапливают аллергены в организме. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в последние годы участились случаи аллергических приступов и увеличилось количество больных с бронхолегочными нарушениями. Большая часть пациентов – дети.

Всемирная статистика заболеваний не радует. Замечен усиленный рост заболеваний , связанных с иммунодефицитом. Поэтому экологические проблемы набирают всё большую и большую значимость. Если пренебрегать ответственностью за окружающий нас мир – человечество может закончить своё существование, как и многие другие вымершие виды.

Экология как наука. Значение экологии как науки

Экология (от греческого οικος – дом, обиталище и λόγος – учение) – наука о взаимоотношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей их неорганической средой (средой обитания), о связи в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем, условиях развития и равновесия этих систем. Инструментами этого познания являются наблюдение, проведение опытов, выдвижение теорий, объясняющих явления. Отношения между человеком и природой также являются предметом изучения экологии.

Первоначально же предложенный Эрнестом Геккелем в 1866 году данный термин звучал так: экология - это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология - это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование. Это определение Э. Геккеля написано в те времена, когда экология была ещё исключительно биологической наукой. Нынешнее понимание экологии шире.

Экология обычно рассматривается как подотрасль биологии, общей науки о живых организмах. Живые организмы могут изучаться на различных уровнях, начиная от отдельных атомов и молекул и кончая популяциями, биоценозами и биосферой в целом. Экология связана со многими другими науками именно потому, что она изучает организацию живых организмов на очень высоком уровне, исследует связи между организмами и их средой обитания. Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, философия.

Экология изучает взаимосвязи:

· между организмами (включают пищевые и непищевые взаимосвязи);

· между организмами и средой их обитания;

· взаимосвязи внутри экосистем.

Соответственно, структура классической биоэкологии включает аутэкологию (экологию отдельных организмов), демэкологию (экологию популяций и видов), синэкологию (экологию сообществ организмов).

Как известно, в настоящее время науки претерпевают как бы два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, происходит их дифференциация - науки распадаются на множество специализированных направлений, а с другой стороны, - интеграция - многие научные исследования проводятся на стыке наук, на стыке различных направлений возникают новые науки. Эти процессы не обошли стороной и экологию.

Итак, определим уже названные разделы биоэкологии:

· аутэкология - изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология - изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология - исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

На стыке экология и других научных дисциплин (медицины, педагогики, юриспруденции, химии, технологии, агрономии и так далее) рождаются новые научные направления. В широком смысле слова экология выходит за рамки чисто биологической отрасли знаний.

В экологии выделяют экологию различных систематических групп (экология грибов, экология растений, экология млекопитающий и т.д.), сред жизни (суши, почвы, моря и т.п.), эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий), ряд прикладных направлений (медицинская, сельскохозяйственная, лесохозяйственная, водохозяйственная, эколого-экономические науки) и многие другие направления.

Особо следует отметить такой раздел как социальная экология - то есть экология человеческого сообщества, изучающая взаимоотношение социума и Природы.

После того как мы дали определение экологии, наверное, будет полезным развести экологию и некоторые другие науки и понятия, которые часто смешиваются, и все это создает невообразимую путаницу.

К экологии иногда неверно относят ряд дисциплин. Так, природопользование и охрана природы не являются разделами экологии. Другое дело, что в последнее время стало ясно, что нельзя организовывать природопользование и охрану природу, не применяя экологических методов и не используя экологическое знание. Только знание о взаимосвязи природных объектов, об устойчивости природных систем может определить возможные механизмы взаимодействия с ними. Этим и объясняется справедливый всеобщий интерес к экологии как науке о взаимосвязях живых организмов и окружающей их среды.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подразделяемых в соответствии с:

· размерами объектов изучения: аут(о)экология (организм и его среда), популяционная, или демэкология (популяция и ее среда), синэкология (экосистема и ее среда), ландшафтная экология (крупные геосистемы с участием живого и их среда), глобальная экология, или мегаэкология (учение о биосфере Земли;

· отношением к предметам изучения: экология микроорганизмов, экология грибов, экология растений, экология животных, экология человека, сельскохозяйственная экология, промышленная экология, общая экология;

· средами и компонентами: экология суши, экология пресных водоемов, экология морская, экология Крайнего Севера, экология высокогорий, экология химическая;

· подходом к предмету: аналитическая экология, динамическая экология;

· фактором времени: историческая, эволюционная.

Загрязнение атмосферы имеет два аспекта: воздействие на состояние экосистем и на здоровье человека. Первое определяется выбросом парниковых газов (углекислого газа и метана), возникающих в результате разрушения биоты, а также диоксидов серы, вызывающих кислотные дожди, второе - выбросом в атмосферу вредных веществ и пылевых частиц. В связи с сокращением объема производства в России наблюдается снижение выбросов СО2. Оставаясь крупнейшим потребителем ископаемого топлива, по этим выбросам Россия находится на третьем месте в мире (вклад России в мировую эмиссию составляет порядка 7%) после США (22%) и Китая (12%).

Процедура пространственного усреднения делает существенными еще два аспекта. Во-первых, в разрезе водохозяйственных сезонов не должна быть существенной диспропорция колебаний гидрологических характеристик в разных частях бассейна реки, где расположены водопользователи. Если, например, основная часть бассейна расположена в умеренной зоне с превалирующим стоком в период весеннего половодья, а водопользователи в верховьях рек ориентируются на летний сток, обусловленный таянием питающих реку ледников, то методика также станет неприменимой. Во-вторых, режим потребностей в воде ведущих водопользователей также не может иметь очевидные диспропорции в разрезе водохозяйственных сезонов. Последнее требование выглядит несколько существеннее остальных, поскольку для многих крупных бассейнов страны характерна неравномерность социально-экономического развития разных их частей. Наконец, последним существенным предположением методики является возможность для всех водопользователей принять некоторую средневзвешенную обеспеченность полезной водоотдачи, что также не всегда выполняется для бассейнов крупных рек с разнообразным многоотраслевым водопользованием.

Формирование ландшафта города как жизненной среды людей имеет два аспекта: создание благоприятных санитарно-гигиенических условий и пространственная организация различных видов деятельности (труда, быта, отдыха и т. д.).

Экология, как и всякая другая наука, имеет два аспекта. Один - это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение; другой - применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой. Все возрастающее значение экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

При одновременном осаждении солями железа, обычно Fe2, следует учитывать два аспекта, которые могут повлечь за собой невозможность контроля концентрации кислорода в химико-биологическом реакторе и чрезмерную турбулентность, возникающую в результате аэрации.

Человек одновременно является продуктом и творцом своей среды, которая дает ему физическую основу для жизни и обеспечивает интеллектуальное, моральное, общественное и духовное развитие, поэтому для человеческого благосостояния и осуществления основных прав людей, включая и право на жизнь, важное значение имеют два аспекта - природная среда и та, которую создал человек.

Наличие проблемы - критического рассогласования между желаемым положением и реальным - является фактором, активизирующим усилия менеджмента. Существуют два аспекта определения проблемы. Согласно первому проблемой считается ситуация, когда поставленные цели не достигнуты. Во втором случае в качестве проблемы рассматривают потенциальную возможность. Проблема трансформируется в мотив для деятельности организации и ее менеджеров.

В комплекс мероприятий данного назначения входят перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих предприятий в много лесные районы, ликвидация перерубов в малолесных районах, сокращение потерь древесины при сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и популяционно-видового состава лесов необходимо также проведение в достаточных объемах лесовосстановительных работ с целью восстановления лесов до состояния климакса, улучшение их состава, дальнейшее развитие сети лесных питомников и разработка методов выращивания леса на специальных плантациях. Обычно выделяют два аспекта, связанных с охраной растительного мира: 1) охрана редких и исчезающих видов флоры и 2) охрана основных растительных сообществ.

В комплекс мероприятий данного назначения входят перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих предприятий в многолесные районы, ликвидация перерубов в малолесных районах, сокращение потерь древесины при сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и популяционно-видового состава лесов необходимо также проведение в достаточных объемах лесовосстановительных работ с целью восстановления лесов до стадии климакса, улучшение их состава, дальнейшее развитие сети лесных питомников и разработка методов выращивания леса на специальных плантациях. Обычно выделяют два аспекта, связанных с охраной растительного мира: 1) охрана редких и исчезающих видов флоры и 2) охрана основных растительных сообществ.

Условия и ресурсы 1 среды - взаимосвязанные понятия. Они характеризуют среду обитания организмов. Условия среды обычно определяют как экологические факторы, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяются на три основные группы.

Абиотические факторы - это факторы неживой природы, прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность, и местные: рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и т.д. Эти факторы могут влиять на организмы прямо, то есть непосредственно, как свет или тепло, либо косвенно, как например, рельеф, который обуславливает действие прямых факторов - освещенности, увлажнения, ветра и пр.

Антропогенные факторы - это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

Биотическая среда - часть экосистемы, которая состоит из групп организмов, отличающихся друг от друга по способу питания: продуценты, консументы, дедритофаги и редуценты.

Продуценты (producentis - производящий) с помощью фотосинтеза 2 создают органическое вещество и выделяют в атмосферу кислород. К ним относятся зеленые растения(трава, деревья), синезеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии.

Консументы (consumo - потребляю) питаются продуцентами или другими консументами. К ним относятся звери, птицы, рыбы и насекомые.

Детритофаги (detritus - истертый, phagos - пожиратель) питаются отмершими растительными остатками и трупами животных организмов. К ним относятся дождевые черви, крабы, муравьи, жуки-навозники, крысы, шакалы, грифы, вороны и др.

Редуценты (reducentis - возвращающий) - разрушители (деструкторы) органического вещества. К ним относятся бактерии и грибы, которые в отличие от детритофагов разрушают мертвое органическое вещество до минеральных соединений. Эти соединения возвращаются в почву и снова используются растениями для питания.

Двигательная активность - не только особенность высокоорганизованной живой материи, но и в наиболее общей форме-форме движения материи - необходимое условие самой жизни.

Если ребенок ограничен в этой естественной потребности, его природные задатки постепенно утрачивают свое значение. Бездеятельность губит, и душу, и тело! Ограничение двигательной активности приводит к функциональным и морфологическим изменениям в организме и снижению продолжительности жизни. Природа не прощает пренебрежение ее законами.

Движение является одним из главных условий существования животного мира и прогресса в его эволюции. От активности скелетной мускулатуры зависит резервирование энергетических ресурсов, экономное их расходование в условиях покоя и как следствие этого- увеличение продолжительности жизни.

В ряду факторов сохранения и укрепления здоровья ведущая роль принадлежит физической культуре, разнообразным средствам повышения двигательной активности.

Высокий уровень физической и умственной работоспособности людей, занимающихся физическими упражнениями, сохраняется значительно дольше, чем у незанимающихся. Снижение активной двигательной деятельности пагубно сказывается на здоровье. В первую очередь оно способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, приводит к нарушению обмена веществ. Физические упражнения предупреждают атеросклеротические изменения в сосудах, уменьшают риск заболевания ишемической болезнью сердца.

Способность противодействовать изменениям внутренней среды организма, которыми сопровождается выполнение физических упражнений, является специфическими свойствами тренированного организма. Вместе с тем, физические упражнения повышают и естественную, защитную устойчивость организма: человек обретает надежную способность активно бороться с болезнетворными агентами внешней среды.

Забота о сохранении здоровья и увеличении продолжительности жизни, необходимость освоения территорий с экстремальными условиями, например с суровым климатом, повышение нервно-эмоционального и физического напряжения в спортивной деятельности ставят перед наукой ряд новых задач. Возникают комплексные проблемы адаптации организма человека к различным условиям деятельности и продолжительности полноценной жизни.

Физиологические механизмы адаптации человека, сформировавшиеся в процессе его длительной эволюции, не могут изменяться такими же темпами, как научно-технический прогресс. Вследствие этого может возникнуть конфликт между измененными экологическими условиями и природой самого человека. Поэтому разработка не только теоретических, но и практических основ, изучение механизмов адаптации человека к различным резко меняющимся экологическим факторам приобретают исключительное значение.

Адаптация целостного организма к новым условиям среды, в том числе к высоким физическим нагрузкам, обеспечивается не отдельными органами, а скоординированными в пространстве и времени и соподчиненными между собой специализированными функциональными системами.

Экологическая ниша

Для понимания различного вида существующих связей в экосистемах и обусловленности механизмов их функционирования важно познакомиться с одним из основополагающих понятий экологии - экологической нишей.

Каждый вид или его части (популяции, группировки различного ранга) занимают определенное место в окружающей их среде. Например, определенньш вид животного не может произвольно менять пищевой рацион или время питания, место размножения, убежища и т. п. Для растений подобная обусловленность условий выражается, например, через светолюбие или тенелюбие, место в вертикальном расчленении сообщества (приуроченность к определенному ярусу), время наиболее активной вегетации. Например, под пологом леса одни растения успевают закончить основной жизненный цикл, завершающийся созреванием семян, до распускания листьев древесного полога (весенние эфемеры). В более позднее время их место занимают другие, более теневыносливые растения. Особая группа растений способна на быстрый захват свободного пространства (растения-пионеры), но отличается низкой конкурентной способностью и поэтому быстро уступает свое место другим (более конкурентоспособным) видам.

Приведенные примеры иллюстрируют экологическую нишу или отдельные ее элементы. Под экологической нишей понимают обычно место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, или, как говорят, жизненный статус, включающий отношение к факторам среды, видам пищи, времени и способам питания, местам размножения, укрытий и т. п. Это понятие значительно объемнее и содержательнее понятия «местообитание». Американский эколог Одум образно назвал местообитание «адресом» организма (вида), а экологическую нишу - его «профессией». На одном местообитании живет, как правило, большое количество организмов разных видов. Например, смешанный лес - это местообитание для сотен видов растений и животных, но у каждого из них своя и только одна «профессия» - экологическая ниша. Так, сходное местообитание, как отмечалось выше, в лесу занимают лось и белка. Но ниши их совершенно разные: белка живет в основном в кронах деревьев, питается семенами и плодами, там же размножается и т. п. Весь жизненный цикл лося связан с подпологовым пространством: питание зелеными растениями или их частями, размножение и укрытие в зарослях и т. п.

Если организмы занимают разные экологические ниши, они не вступают обычно в конкурентные отношения, сферы их деятельности и влияния разделены. В таком случае отношения рассматриваются как нейтральные.

Вместе с тем в каждой экосистеме имеются виды, которые претендуют на одну и ту же нишу или ее элементы (пищу, укрытия и пр.). В таком случае неизбежна конкуренция, борьба за обладание нишей. Эволюционно взаимоотношения сложились так, что виды со сходными требованиями к среде не могут длительно существовать совместно. Эта закономерность не без исключений, но она настолько объективна, что сформулирована в виде положения, которое получило название «правило конкурентного исключения». Автор этого правила эколог Г. Ф. Гаузе. Звучит оно так: если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения и т. п.) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу. Иногда, например, чтобы снять острые конкурентные отношения, одному организму (животному) достаточно изменить время питания, не меняя самого вида пищи (если конкуренция возникает на почке пищевых отношений), или найти новое местообитание (если конкуренция имеет место на почве данного фактора) и т. п.

Из других свойств экологических ниш отметим, что организм (вид) может их менять на протяжении своего жизненного цикла. Наиболее яркий пример в этом отношении - насекомые. Так, экологическая ниша личинок майского жука связана с почвой, питанием корневыми системами растений. В то же время экологическая ниша жуков связана с наземной средой, питанием зелеными частями растений.

С экологическими нишами в значительной мере связаны жизненные формы организмов. К последним относят группы видов, часто систематически далеко отстоящие, но выработавшие одинаковые морфологические адаптации в результате существования в сходных условиях. Например, сходством жизненных форм характеризуются дельфины (млекопитающие) и интенсивно передвигающиеся в водной среде хищные рыбы. В условиях степей сходными жизненными формами представлены тушканчики и кенгуру (прыгуны). В растительном мире отдельными изненными формами представлены многочисленные виды деревьев, занимающие в качестве нити верхний ярус, кустарники, су­ществующие под пологом леса, и травы - в напочвенном покрове.

Наиболее эффективный способ коррекции процесса адаптации - это оптимизация самой начальной стадии. Это такие пути.

1. Поддержание исходного высокого функционального состояния организма (как физического, так и эмоционального).

2. Соблюдение ступенчатости при адаптации к новым условиям (природно-климатическим, производственным, временным), а также при переключении с донного вида деятельности на другой, т.е. постепенное вхождение в новую среду и в любой труд. Соблюдение этого условия позволяет включаться без перенапряжения физиологическим системам организма и тем самым обеспечить оптимальный уровень работоспособности. Такая стратегия способствует сохранению ресурсов организма, уменьшению платы за адаптацию.

3. Организация режима труда, отдыха, питания с учетом не только возрастных и половых особенностей человека, но и природно-климатических (сезоны года, температурный режим, содержание кислорода в атмосфере) условий.

4. Необходимое для обеспечения долговременной адаптации человека в экстремальных условиях поддержание не только достаточно высокого уровня физического состояния, но и характера социально значимой мотивации и сохранения здорового морального климата в коллективе.

Научно-техническая революция двадцатого столетия многократно увеличила способность человека воздействовать на природную среду. К сожалению, это воздействие нередко носит разрушительный характер, что приводит к огромному экономическому ущербу, ухудшению благосостояния и здоровья людей.

В конечном счете, все экологические проблемы прямо или косвенно оказывают влияние на физическое и нравственное здоровье человека. Экологическим исследованиям принадлежит большая роль в профилактике различных заболеваний.

Постоянными атрибутами современной жизни людей, проживающих в промышленно развитых странах, является не только нервно-психическое напряжение, которое они испытывают в процессе повседневной деятельности, но и воздействие на их организм факторов физической, химической и биологической природы, в частности таких, как загрязнение атмосферы и воды, химизация сельского хозяйства. Диапазон компенсанторно-приспособительных способностей и резервных возможностей человека не измеряется альтернативой - здоровье или болезнь. Между здоровьем и болезнью располагается целый ряд промежуточных состояний, указывающих на особые формы приспособления, близкие то к здоровью, то к заболеваемости и все же не являющиеся ни тем и ни другим.

Для адаптации к окружающей среде человек должен двигаться очень активно, ведь движение играет большую роль в социально-биологическом процессе.

Становление человека происходило в условиях высокой двигательной активности, которая была необходимым условием его существования, биологического и социального процесса. Тончайшая сработанность всех систем организма формировалась в процессе эволюции на фоне активной двигательной деятельности. Недостаточность движений в современном обществе - социальный, а не биологический феномен. Спорт способствует формированию популяризации людей, более устойчивых к воздействию издержек цивилизации: малоподвижного образа жизни, увеличение агрессивных агентов среды обитания. В процессе эволюции на Земле выжили только те популяции, у которых генетическая устойчивость к физическим нагрузкам оказалась более высокой. Можно сказать поэтому, что физические нагрузки в эпоху НТР являются фактором, элиминируного отбора. При этом обычные рекомендации по рационализации сводятся к использованию малоинтенсивных форм двигательной активности. Их полезность не вызывает сомнений, однако сила тренирующего воздействия на основные системы жизнеобеспечения, и в первую очередь на сердечно-сосудистую систему, у них оказывается недостаточной. Физические нагрузки, оказывающие мощное тренирующие воздействие на все системы жизнеобеспечения, являются важнейшим фактором эволюции человека на современном этапе его развития. Они способствуют формированию популяции, степень устойчивости которых к агрессивным факторам внешней среды повышается.

С появлением на Земле человека разумного получила развитие новая форма адаптации к факторам внешней среды. Принципиальным ее отличием от адаптации в животном мире явилось сознательное управление ее содержанием с помощью достижений общечеловеческой культуры. Средства физической культуры - физические упражнения, различной интенсивности, естественные силы природы, гигиенические факторы- стали важными средствами повышение адаптивных возможностей человека, совершенствование его социальной и биологической природы.

Биосфера

Биосфера – это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о котором мы говорим в разговорном языке. Человек – прежде всего – своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

В. И. Вернадский.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Экология - это наука, изучающая жизнь различных организмов в их естественной среде обитания, или окружающей среде. Окружающая среда - это все живое и неживое вокруг нас. Ваша собственная окружающая среда - это все, что вы видите, и многое из того, чего вы не видите вокруг себя (например, которым вы дышите). Она в основном неизменна, но ее отдельные детали постоянно изменяются. Ваше тело - в каком-то смысле тоже окружающая среда для многих тысяч крошечных существ - бактерий, помогающих вам усваивать пищу. Ваше тело является для них естественной средой обитания.

Общая характеристика экологии как раздела общей биологии и комплексной науки

На современном этапе развития цивилизации экология представляет собой сложную комплексную дисциплину, основанную на различных областях человеческого знания: биологии, химии, физики, социологии, природоохранной деятельности, различных видов технологии и т. д.

Впервые в науку понятие «экология» ввел немецкий биолог Э. Геккель (1886). Это понятие первоначально являлось чисто биологическим. В дословном переводе «экология» означает «наука о жилище» и подразумевала изучение взаимоотношений между различными организмами в природных условиях. В настоящее время это понятие очень усложнилось и разные ученые вкладывают в это понятие различный смысл. Рассмотрим некоторые из предлагаемых понятий.

1. По В. А. Радкевичу: «Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека». Это понятие соответствует биологической науке и его нельзя признать полностью соответствующим той области знания, которую изучает экология.

2. По Н. Ф. Реймерсу : «Экология (всеобщая, «большая») - это научное направление, рассматривающее некую значимую для центрального члена анализа (субъекта, живого объекта) совокупность природных и отчасти социальных (для человека) явлений и предметов с точки зрения интересов (в кавычках или без кавычек) этого центрального субъекта или живого объекта». Данное понятие является универсальным, но оно трудно для восприятия и воспроизведения. Оно показывает многообразие и комплексность экологической науки на современном этапе.

В настоящее время экология распадается на несколько направлений и научных дисциплин. Рассмотрим некоторые из них.

1. Биоэкология - отрасль биологической науки, изучающая взаимосвязи организмов друг с другом; средой обитания и воздействие деятельности человека на эти организмы и среду их обитания.

2. Популяционная экология (демографическая экология) - раздел экологии, изучающий закономерности функционирования популяций организмов в среде их обитания.

3. Аутэкология (аутоэкология) - раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма (отдельной особи, вида) с окружающей средой.

4. Синэкология - раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.

5. Экология человека - комплексная наука, изучающая общие законы взаимоотношения биосферы и антропосистемы, влияние природной среды (в том числе и социальной) на отдельного человека и группы людей. Это наиболее полное определение экологии человека, оно может быть отнесено и к экологии отдельной личности, и к экологии человеческих популяций, в частности, к экологии различных этносов (народов, народностей). Большую роль в экологии человека играет социальная экология.

6. Социальная экология - многозначное понятие, одно из которых следующее: раздел экологии, изучающий взаимодействия и взаимосвязи человеческого общества с природной средой, разрабатывающий научные основы рационального природопользования, предполагающие охрану природы и оптимизацию жизненной среды человека.

Различают также прикладную, промышленную, химическую, онкологическую (канцерогенную), историческую, эволюционную экологию, экологию микроорганизмов, грибов, животных, растений и т. д.

Все вышеизложенное показывает, что экология - это комплекс научных дисциплин, имеющих в качестве объекта исследования Природу, учитывающих взаимосвязь и взаимодействие отдельных компонентов живого мира в виде отдельных особей, популяций, отдельных видов, взаимоотношения экосистем, роль отдельных людей и человечества в целом, а также пути и способы рационального природопользования, меры по охране Природы.

Взаимосвязи

Экология изучает, как растения и животные, включая людей, живут вместе, влияют друг на друга и на окружающую их среду. Начнем с вас. Подумайте, как вы связаны с окружающей средой. Чем вы питаетесь? Куда выбрасываете отходы и мусор? Какие растения и животные живут рядом с вами. То, как вы воздействуете на окружающую среду, оказывает обратное воздействие и на вас, и на все , которые живут рядом с вами. Взаимосвязи между вами и ними образуют сложную и разветвленную сеть.

Среда обитания

Естественное окружение группы растений и животных называется средой обитания, а сама группа, живущая в ней, - сообществом. Переверните камень и посмотрите, о пол над ним живет. Миленькие сообщества - всегда часть больших сообществ. Так, камень может быть частью ручья, если он лежит на его берегу, а ручей - частью леса, в котором протекает. В каждой крупной среде обитания живут различные растений и животных. Попробуйте отыскать несколько различных типов среды обитания вокруг вас. Глядите вокруг: вверх, вниз - во все стороны. Но не забывайте, что жизнь надо оставить такой, какой вы ее застали.

Современное состояние экологической науки

Впервые термин «экология» был употреблен в 1866 г. в работе немецкого биолога Э. Геккеля «Всеобщая морфология организмов». Самобытный биолог-эволюционист, медик, ботаник, зоолого-морфолог, сторонник и пропагандист учения Ч.Дарвина, он не только ввел в научный обиход новый термин, но и приложил все свои силы и знания для формирования нового научного направления. Ученый считал, что «экология - это наука об отношениях организмов к окружающей среде». Выступая на открытии философского факультета университета в Йене с лекцией «Путь развития и задачи зоологии» в 1869 г. Э. Геккель отмечал, что экология «исследует общее отношение животных как к их органической, так и неорганической средам, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непрямые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимодействия, которые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за существование». Под средой он понимал условия, создаваемые неорганической и органической природой. К неорганическим условиям Геккель относил физические и химические особенности мест обитания живых организмов: климат (теплота, влажность, освещенность), состав и почвы, особенности , а также неорганическую пищу (минералы и химические соединения). Под органическими условиями ученый подразумевал взаимоотношения между организмами, существующими в пределах одного сообщества или экологической ниши. Название экологической науки произошло от двух греческих слов: «экое» - дом, жилище, местообитание и «логос» - слово, учение.

Надо отметить, что Э. Геккель и многие его последователи использовали термин «экология» не для описания изменяющихся условий среды и меняющихся со временем взаимоотношений между организмами и средой, а только для фиксации существующих неизменными условий и явлений окружающей среды. Как полагают С. В. Клубов и Л. Л. Прозоров (1993), фактически исследовался физиологический механизм взаимоотношения живых организмов, выделялось их отношение к окружающей среде исключительно в рамках физиологических реакций.

В рамках биологической науки экология просуществовала до середины XX в. Акцент в ней был сделан на изучение живого вещества, закономерностей его функционирования в зависимости от факторов среды обитания.

В современную эпоху экологическая парадигма основывается на концепции экосистем. Как известно, этот термин был введен в науку А. Тенсли в 1935 г. Под экосистемой подразумевают функциональное единство, образованное биотопом, т.е. совокупностью абиотических условий, и населяющими его организмами. Экосистема является главным объектом изучения общей экологии. Предметом познания ее являются не только законы формирования структуры, функционирования, развития и гибели экосистем, но и состояние целостности систем, в частности их устойчивость, продуктивность, круговорот веществ и баланс энергии.

Таким образом, в рамках биологической науки общая экология оформилась и окончательно выделилась как самостоятельная наука, которая основывается на изучении свойств целого, не сводимого к простой сумме свойств его частей. Следовательно, экология в биологическом содержании этого термина подразумевает науку об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Объектами биоэкологии могут быть гены, клетки, отдельные особи, популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом.

Сформулированные законы общей экологии широко используются в так называемых частных экологиях. Точно так же, как и в биологии, развиваются своеобразные таксономические направления в общей экологии. Самостоятельно существуют экология животных и растений, экология отдельных представителей растительного и животного мира (водорослей, диатомовых водорослей, определенных родов водорослей), экология обитателей Мирового океана, экология сообществ отдельных морей и водоемов, экология определенных участков водоемов, экология животных и растений суши, экология пресноводных сообществ отдельных рек и водоемов (озер и водохранилищ), экология обитателей гор и возвышенностей, экология сообществ отдельных ландшафтных единиц и т. д.

В зависимости от уровня организации живого вещества экосистем в целом выделяют экологию особей (аутоэкологию), экологию популяций (демэкологию), экологию ассоциаций, экологию биоценозов и экологию сообществ (синэкологию).

При рассмотрении уровней организации живого вещества многие ученые полагают, что самые низшие ее ранги - геном, клетка, ткань, орган - изучаются сугубо биологическими науками - молекулярной генетикой, цитологией, гистологией, а высшие ранги - организм (особь), вид, популяция, ассоциация и биоценоз - как биологией и физиологией, так и экологией. Только в одном случае рассматриваются морфология и систематика отдельных особей и составляемых ими сообществ, а в другом - их взаимоотношение между собой и с окружающей средой.

К настоящему времени экологическое направление охватило практически все существующие области научного познания. Не только науки естественного профиля, но и сугубо гуманитарные науки при изучении своих объектов стали широко пользоваться экологической терминологией и главное методами исследования. Возникло множество «экологий» (экологическая геохимия, экологическая геофизика, экологическое почвоведение, геоэкология, экологическая геология, физическая и радиационная экология, медицинская экология и множество других). В связи с этим была проведена определенная структуризация. Так, в своих работах (1990-1994) Н. Ф. Реймерс сделал попытку представить структуру современной экологии.

Более простой выглядит структура Экологической науки с иных методологических позиций. В основу структуризации положено разделение экологии на четыре крупнейших и одновременно фундаментальных направления: биоэкологию, экологию человека, геоэкологию и прикладную экологию. Все перечисленные направления пользуются практически одинаковыми методами и методологическими основами единой экологической науки. В данном случае речь может идти об аналитической экологии с соответствующими подразделениями ее на физическую, химическую, геологическую, географическую, геохимическую, радиационную и математическую, или системную, экологии.

В рамках биоэкологии выделяют два равноценных и важнейших направления: эндоэкологию и экзоэкологию. Согласно Н. Ф. Реймерсу (1990), к эндоэкологии относятся генетическая, молекулярная, морфологическая и физиологическая экологии. К экзоэкологии относятся следующие направления: аутоэкология, или экология отдельных особей и организмов как представителей определенного вида; демэкология, или экология отдельных группировок; популяционная экология, которая изучает поведение и взаимоотношение в пределах какой-то определенной популяции (экология отдельных видов); синэкология, или экология органических сообществ; экология биоценозов, рассматривающая взаимоотношение сообществ или популяций организмов, составляющих биоценоз между собой и с окружающей средой. Наиболее высшим рангом экзоэкологического направления являются учение об экосистемах, учение о биосфере и глобальная экология. Последняя охватывает все области существования живых организмов - от почвенного покрова до тропосферы включительно.

Самостоятельным направлением экологического исследования является экология человека. В действительности, если строго придерживаться правил иерархии, данное направление должно входить составной частью в биоэкологию, в частности как аналог уаутоэкологии в рамках экологии животных. Однако, учитывая ту огромную роль, которую играет человечество в жизни современной биосферы, это направление выделяют в качестве самостоятельного. В экологии человека целесообразно выделить эволюционную экологию человека, археоэкологию, рассматривающую взаимоотношение человека со средой обитания начиная со времен первобытного общества, экологию этносоциальных групп, социальную экологию, экологическую демографию, экологию культурных ландшафтов и медицинскую экологию.

В середине XX в. в связи с проводившимися глубокими исследованиями среды обитания человека и органического мира возникли научные направления экологической направленности, тесно связанные с географическими и геологическими науками. Их цель - изучить не сами организмы, а только их реакцию на изменяющиеся условия среды обитания и проследить обратное воздействие деятельности человеческого общества и биосферы на среду обитания. Эти исследования были объединены в рамках геоэкологии, которой придано сугубо географическое направление. Однако представляется целесообразным в пределах как геологической, так и географической экологий выделить по крайней мере четыре самостоятельных направления - ландшафтную экологию, экологическую географию, экологическую геологию и космическую (планетарную) экологию. При этом надо особо подчеркнуть, что не все ученые согласны с таким разделением.

В рамках прикладной экологии, как следует из ее названия, рассматриваются многоаспектные вопросы экологии, связанные с сугубо практическими задачами. В ее составе выделяют промысловую экологию, т. е. экологические исследования, связанные с добычей определенных биоресурсов (ценных пород зверей или древесины), сельскохозяйственную экологию и инженерную экологию. Последняя отрасль экологии имеет много аспектов. Объектами изучения инженерной экологии являются состояние урбанизированных систем, агломераций городов и поселков, культурных ландшафтов, технологических систем, экологическое состояние мегаполисов, наукоградов и отдельных городов.

Концепция системной экологии возникла в ходе интенсивного развития экспериментальных и теоретических исследований в области экологии в 20-е и 30-е годы XX в. Эти исследования показали необходимость комплексного подхода к изучению биоценоза и биотопа. Впервые необходимость такого подхода была сформулирована английским геоботаником А. Тенсли (1935), который ввел в экологию термин «экосистема». Главное значение экосистемного подхода для экологической теории заключается в обязательном наличии взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей, т. е. объединение отдельных компонентов в функциональное целое.

Определенная логическая завершенность концепции экосистем выражается количественным уровнем их изучения. Выдающаяся роль в изучении экосистем принадлежит австрийскому биологу-теоретику Л. Берталанфи (1901-1972). Он разработал общую теорию, позволяющую с помощью математического аппарата описывать системы различных типов. Основой концепции экосистемы является аксиома системной целостности.

При всей полноте и глубине охвата в классификационной рубрикации экологических исследований, включающей все современные аспекты жизни человеческого общества, отсутствует такое важное звено познания, как историческая экология. Ведь при изучении современного состояния экологической обстановки исследователю для определения закономерностей развития и прогноза экологических условий в глобальном или региональном масштабе необходимо сравнивать существующие экологические ситуации с состоянием среды исторического и геологического прошлого. Эти сведения сосредоточены в исторической экологии, которая в рамках экологической геологии дает возможность с помощью геологических и палеогеографических методов определить физико-географические обстановки геологического и исторического прошлого и проследить их развитие и изменение вплоть до современной эпохи.

Начиная с исследований Э. Геккеля термины «экология» и «экологическая наука» широко вошли в обиход научных исследований. Во второй половине XX в. экология разделилась на два направления: сугубо биологическое (общая и системная экология) и геолого-географическое (геоэкология и экологическая геология).

Экологическое почвоведение

Экологическое почвоведение возникло в 20-е годы XX в. В отдельных работах почвоведы стали употреблять термины «экология почв» и «педоэкология». Однако сущность терминов, как и магистральное направление экологических исследований в почвоведении, были раскрыты только в последние десятилетия. В научную литературу Г. В. Добровольским и Е. Д. Никитиным (1990) были введены понятия «экологическое почвоведение» и «экологические функции крупных геосфер». Последнее направление авторы трактуют применительно к почвам и рассматривают как учение об экологических функциях почв. Под этим подразумеваются роль и значение почвенного покрова и почвенных процессов в возникновении, сохранении и эволюции экосистем и биосферы. Рассматривая экологическую роль и функции почв, авторы считают логичным и необходимым выявить и охарактеризовать экологические функции других оболочек , а также биосферы в целом. Это даст возможность рассмотреть единство среды обитания человека и всей существующей биоты, глубже понять неотделимость и незаменимость отдельных компонентов биосферы. В течение всей геологической истории Земли судьбы этих компонентов оказались сильно переплетенными. Они проникли друг в друга и взаимодействуют через круговороты вещества и энергии, что и обусловливает их развитие.

Разрабатываются и прикладные аспекты экологического почвоведения, связанные главным образом с охраной и контролем за состоянием почвенного покрова. Авторы работ подобного направления стремятся показать принципы сохранения и создания таких свойств почв, которые определяют их высокое устойчивое и качественное плодородие, не наносящее ущерба сопряженным компонентам биосферы (Г. В. Добровольский, Н. Н. Гришина, 1985).

В настоящее время в некоторых высших учебных заведениях читают специальные курсы «Экология почв» или «Экологическое почвоведение». В данном случае речь идет о науке, в которой рассматриваются закономерности функциональных связей почвы с окружающей средой. С экологических позиций изучаются почвообразовательные процессы, процессы накопления растительного вещества и гумусообразования. Однако почвы рассматриваются в качестве «центра геосистемы». Прикладное значение экологического почвоведения сводится к разработке мер по рациональному использованию земельных ресурсов.

Проточный пруд

Пруд - пример более крупной среды обитания, идеальной для наблюдения за экосистемой. Это дом для большого сообщества различных растений и животных. Пруд, его сообщества и неживая природа вокруг него образуют так называемую экологическую систему. Глубины пруда - хорошая среда для изучения сообществ его обитателей. Осторожно поводите сачком в разных местах пруда. Запишите все, что окажется в сачке, когда вы его вытащите. Положите самые интересные находки в банку, чтобы лотом изучить их подробнее. Воспользуйтесь любым пособием, в котором описана жизнь обитателей пруда, чтобы определить названия найденных вами организмов. А когда закончите опыты, не забудьте обязательно выпустить живых существ обратно в пруд. Сачок вы можете купить или сделать сами. Возьмите кусок толстой проволоки и согните ее кольцом, а концы воткните в один из краев длинной бамбуковой палки. Затем обшейте проволочное кольцо капроновым чулком и завяжите его снизу узлом. В наши дни пруды встречаются куда реже, чем лет сорок назад. Многие из них обмелели и заросли. Это неблагоприятно сказалось на жизни обитателей прудов: лишь немногие из них сумели выжить. При высыхании пруда гибнут и его последние обитатели.

Устройте пруд сами

Выкопав прудик, вы можете устроить у себя уголок дикой природы. Это привлечет к нему множество видов животных и не станет для вас обузой. Однако пруд надо будет постоянно поддерживать в хорошем состоянии. Чтобы его создать, потребуется немало времени и сил, но зато когда в нем поселятся различные животные, вы сможете изучать их в любое время. Самодельная трубка для подводных наблюдений позволит вам лучше познакомиться с жизнью обитателей пруда. Аккуратно обрежьте горлышко и дно у пластиковой бутылки. На один конец наденьте прозрачный полиэтиленовый пакет и закрепите его на горлышке резинкой. Теперь через эту трубку вы можете наблюдать жизнь обитателей пруда. Для безопасности свободный край трубки лучше всего оклеить клейкой лентой.