Зарождение и развитие экологии как науки

В истории развития экологии можно выделить 3 этапа.

I этап – зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX века). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания. В XVII-XVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях (Рене Антуан Реомюр, 1734; А.Трамбле, 1744 и др.). Элементы экологического подхода содержались в работах русских ученых Ивана Ивановича Лепехина, Александра Федоровича Миддендорфа, Степана Петровича Крашенникова (1711-1775), французского ученого Жоржа Бюффона, шведского естествоиспытателя Карла Линнея (1707-1778), немецкого ученого Г.Йегера и др.

В этот же период Жан Батист Ламарк (1744-1829) и Томас Роберт Мальтус (1766-1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

II этап – оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Начало этого этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых Карла Францевича Рулье (1814-1858), Николая Александровича Северцова (1827-1885), Василия Васильевича Докучаева (1846-1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии. В конце 1877г. немецкий гидробиолог К.Мебиус вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды.

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Чарльз Дарвин (1809-1882), раскрывший основные факторы эволюции органического мира.

Термин «Экология» (от греч. «ойкос» – дом, жилище и «логос» – учение) в научный оборот впервые ввел выдающийся немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919) в 1866 г.: экология – это ветвь биологии, изучающая взаимодействие живых организмов с окружающей средой. Теоретический смысл термина «экология» у Геккеля находился исключительно в рамках физиологии и его экология не имеет никакого отношения к проблемам цивилизации.

В своем труде «Всеобщая морфология организмов» Э. Геккель писал: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего – его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал «условиями, порождающими борьбу за существование».

Как самостоятельная наука экология окончательно сформировалась в начале XX века. В этот период американский ученый Ч. Адамс (1913) создает первую сводку по экологии, публикуются другие важнейшие труды по экологии (В.Шелфорд, 1913, 1929; Ч.Элтон, 1927; Р.Гессе, 1924; К.Раункер, 1929 и др.). Крупнейший русский ученый XX века Владимир Иванович Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере (ноосфере).

В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А. Тенсли (1935) ввел понятие об экосистеме, а Владимир Николаевич Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе.

III этап – превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и географической среды (с 50-х гг. XX века).

Ю. Одум в 1986 году предложил следующее определение экологии – это междисциплинарная область знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи.

За рубежом термин «экология» заменяется «биоэкологией», если речь идет о природных комплексах и особенностях их функционирования. Если же надо говорить о географической среде, то применяется термин «энвайронментология».

Со времен Эрнста Геккеля понятие «Экология» менялось и к средине XX в. экология приобрела статус науки об организации и функционировании надорганизменных биологических систем всех уровней. Однако, в последние десятилетия, когда появились признаки приближающегося экономического кризиса и существование цивилизации оказалось под угрозой, экология значительно расширила круг своих научных и практических задач. В результате проникновения проблем и идей экологии в другие науки и сферы деятельности человека, широкое явление приобрело явление экологизации, задачей которого стало предотвращение глобального экологического кризиса. Благодаря объединению усилий ученых и практиков всех сфер деятельности экология превратилась в комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, главной задачей которого стало сохранение жизни и цивилизации на планете. Современная экология представляет собой систему наук о Земле, в центре которой остаются живые организмы и человек.

В начале XXI века экология стала для всего человечества не только наукой, но и способом мышления. Она стала одной из сторон гуманизации, которая включает в себя духовность, понимание единства человека с природой.

Биоэкология достигла расцвета в первой половине XX века. Решающее значение имел переход от экологии отдельного организма – аутэкологии(от греч. «аутос» – сам) – к изучению популяций (популяционной экологии, или демэкологии) и многовидовых сообществ растений и животных – синэкологии (от греч. «син» – вместе).

В содержание экологии в дальнейшем вносились различные смысловые оттенки, которые расширяли или сужали компетенцию этой отрасли науки, но так или иначе постепенно размывали ее границы. Уже к концу XIX века понятие экологии вышло за рамки физиологии, проникло в сферу социологии, антропогеографии. Таким образом, постепенно в объекты экологии был включен человек и экологией стали называть весь комплекс взаимоотношений человека и окружающей среды.

В последние десятилетия XX века, когда угроза глобального экологического кризиса коснулась самого человека, произошло быстрое расширение экологии. Проникновение экологии в различные области науки и практики (экологизация знаний и деятельности) сопровождалось выделением экологии человека, социальной экологии, урбоэкологии (экологии города), промышленной экологии, агроэкологии, глобальной экологии (науки о структуре и функциях природы в целом или науки о жизни биосферы) и др. 

Выделяется экология теоретическая, вскрывающая общие законы жизни, и экология прикладная, признанная помочь применить эти законы в хозяйственной практике людей. Становятся актуальными понятия: экологизация, экологический подход, экологический кризис, экологическая безопасность.

Экологизация – последовательный процесс внедрения технологичных, управленческих систем и решений, которые дают возможность повышать эффективность использования ПР наряду с сохранением качества природной среды.

Экологическая безопасность – степень защищенности территориального комплекса, человека от возможных экологических поражений.

Экологический подход (экологическое мышление) – диалектическое рассмотрение явлений с учетом форм влияния общества на природу и обратного влияния природы (в т.ч. и, прежде всего, уже измененной человеком) на людей и их хозяйство.

Кризис экологический – напряженное состояние взаимоотношений между обществом и природой, характеризующийся несоответствием производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы.

Размах экологизации лишь указывает на то, что экология занимает все более лидирующее положение в современной науке и способствует синтезу фундаментальных знаний о природе и обществе. Известный американский эколог Ю. Одум в своей фундаментальной работе «Экология» (1986 год) трактует ее уже как междисциплинарную область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи.

В настоящее время существует множество определений экологии. Это объясняется не только стадией ее активного формирования, но и тем, что экологические проблемы в жизни общества вышли на первый план и их решением начали заниматься ученые многих научных направлений – биологии, геологии, географии, физики, химии, математики, социологии, экономики.

В научной и учебной литературе последнего десятилетия XX века можно найти свыше десятка определений экологии как науки, как учебной дисциплины, однако далеко не все они отражают ее современное содержание и значение (табл. 9.1)

Таблица 9.1

Некоторые определения экологии современных ученых

1. Ю. Одум (1975, 1980, 1986)	1. «Экология – биология окружающей среды», 2. «Экология – междисциплинарная область знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи». 3. «Сегодня экология сформировалась в принципиально новую интегральную дисциплину, которая связывает физические и биологические явления и создает мост между естественными и общественными науками».
2. Яблоков (1990)	Экология в широком понимании объединяет в себе десятки научных направлений, хотя, к сожалению, в наше время еще не имеется так необходимых экологов – профессионалов широкого профиля. Эта ситуация крайне опасна: она ведет к серьезным экономическим потерям и социальному ущербу. Экологи высшей квалификации все еще разъединены».
3. Реймерс (1920)	«Современная экология – новый раздел знаний, наука о выживании в окружающей среде, фундаментальная основа для природоохранного и средоохранного знания…Для экологии характерен широкий, системный межотраслевой взгляд, она из строго биологической науки превратилась в значительный цикл знаний. Вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики, даже теологии…».
4. Н. Моисеев (1995)	«Перед человечеством во весь рост поднимается проблема выживания – центральная проблема современной науки. Дисциплина, которая ее изучает, и носит название экологии».
5. К. Сытник (1997)	«Экология – недавно одна из биологических наук… стала междисциплинарной наукой, проблемы которой приобрели глобальный характер…»
6. В. Кормилицын (1997)	«Современная экология изучает взаимосвязи между растительными и животными сообществами и окружающей средой, а также взаимодействие человека и биосферы, общественного производства с окружающей его природной средой и другие проблемы».
7. К. Петров (1997)	«Экология – не только система наук, но и нечто необозримо большее – это мировоззрение. Ученые всех специальностей должны сделать вклад в разумение нашего ойкоса».
8. Т. Акимова, В Хаскин (1998)	«Экология – междисциплинарная область знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Основные разделы современной экологии: общая, биоэкология, экология человека, социальная, прикладная экология».
9. М. Лемешев (1998)	Для преодоления кризиса м успешного решения возникших экологических проблем необходим переход к новой идеологии, к экологизации экономики и производства… Нужна новая система знаний, построенная на единой теоретической основе и выходящая за традиционные рамки биологической экологии».
10. В. Данилов-Данильян (1998)	«Экология – более чем научная дисциплина, она представляет собой проблемно ориентированную систему научных знаний. Экология очень молода и пока составляющие ее блоки не всегда безупречно сплочены…Ориентация на экономику – одна из важнейших задач как для теоретической, так и для прикладной экологии, поскольку экологизация производства и потребления, всей экономической системы – обязательное условие успешного решения экологических проблем, предотвращения экологической катастрофы».
11. Н. Воронков (1999)	«Современную экологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой,, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане – это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел глобальные масштабы».
12. Н. Назарук (1999)	«Экология относится к молодым биологическим наукам, круг интересов которых лежит в изучении биологических явлений, связанных с жизнью живых организмов».
13. В. Некос (1999)	«Учебная литература по экологии отчетливо разделяется на две группы. Первая создавалась специалистами в области классической экологии,… вторая специалистами в области техники, энергетики, экономики и т.п., лишь недавно – обратившимся к экологической проблематике. Выделяется и группа исследователей, которые занимают позицию между «крайне левыми» и «крайне правыми», осознавая, что экологии в современном понимании нет и быть не может без классической экологии…Не вызывает сомнения необходимость разделения традиционной и современной экологии, которая все еще представляет собой синтетическую дисциплину, соединяющую естественные, общественно-политические, технические и другие науки – вплоть до теологии…Современную экологию целесообразно было бы именовать «Неоэкологией».

 

Современная экология XXI века – это и одна из главных фундаментальных наук о выживании на планете Земля, и нечто большее – мировоззрение.

Основной объект изучения экологии – экосистемы планеты всех уровней и их элементы.

Термин «экосистема» впервые был предложен английским биоботаником
А. Тенсли в 1935 году. «Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом».

Однако не каждый комплекс живых организмов и окружающей среды является экосистемой. Ею является такое взаимодействие организмов со средой, которое характеризуется стабильностью, устойчивостью во времени. Как правило, природные экосистемы складываются в процессе длительной эволюции. Различают:

I. микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера Земли).

II. Экосистемы естественные (лес, озеро, океан и др.) и искусственные (аквариум, пшеничное поле и др.).

III. Наземные и водные экосистемы.

Понятию «экосистема» близок термин «биогеоценоз» (от греч. bio – жизнь, geo – земля, coinos – общий), введенный в науку советским ученым В.Н. Сукачевым.

Биогеоценоз – исторически сформированный взаимообусловленный комплекс живых (биоценоз) и неживых (биотоп, экотоп) компонентов определенного участка земной поверхности, связанный между собой обменом вещества и энергии.

Каждому биогеоценозу присущи однородность структуры, состава компонентов, а также определенный характер материально-энергетического обмена между ними.

Экологическая система – это любая совокупность организмов и окружающей их среды. Так, в качестве экосистемы можно рассматривать, например, горшок с цветком, террариум, фитотрон (станция или камера искусственного климата, полностью автоматизированная установка, в которой регулируются все основные факторы роста и развития растений по заданной программе), сооружения биоочистки сточных вод: аэротенки, (биофильтры), пилотируемый космический корабль. У всех названных совокупностей организмов и среды отсутствует ряд признаков, приведенных в определении В.Н. Сукачева, и в первую очередь, элемент «гео» – Земля. Биогеоценозы– это природные образования. В то же время биогеоценоз может рассматриваться и как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире, чем «биогеоценоз». Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.

Эквивалентным понятием биогеоценозу является геосистема (ландшафт, природно-территориальный комплекс) – с той лишь разницей, что понятие биогеоценоза более биоцентрично: если в нем живые организмы являются его основой, а неживые компоненты – лишь средой, то в теории о географическом ландшафте все его компоненты (горные породы, грунты, воды, воздух и биоценоз) – равнозначны.

Каждая экосистема имеет определенную функциональную структуру (рис.4.). В нее входят компоненты абиотической и биотической среды. К абиотическим составляющим (совокупность неживых факторов среды) относят: горные породы, режим солнечной радиации, температуру, влажность, давление.

Биотическая компонента или биоценоз – совокупность растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство (биотоп) К. Мебиусом (1877).

Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный. Первый тип – это биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние деятельности человека. Второй тип (или агробиоценоз) – это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и т. п.).

Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие, основанное на постоянном обмене веществом и энергией. Этот обмен осуществляют следующие типы организмов по пищевым (трофическим цепям): (рис. 1.5): 1)организмы – продуценты; 2) организмы – потребители (консументы) и 3) организмы – редуценты (деструкторы)

Жизнедеятельность биогеоценоза определяется растительностью (фитоценозом). В ней аккумулируется солнечная энергия, под воздействием которой протекают все химические и физиологические процессы. Энергия солнца накапливается только на первом энергетическом уровне – в земных растениях. Остальные уровни служат лишь для дальнейшей передачи и использования этой энергии. Поэтому именно земные растения называют продуцентами.

* Продуценты – это автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию, т.е. синтезирующие органические вещества из неорганической среды (это земные растения, микроскопические водоросли и др.).

* Консументы – это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т.е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают 1 порядка (растительноядные), 2 порядка (плотоядные), 3 порядка (хищники) и т.д.

* Редуценты (деструкторы) – это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки в процессе деструкции до неорганических соединений (бактерии, грибы, микроорганизмы).

Взаимосвязь и взаимозависимость всех компонентов биогеоценоза (экосистемы) – это основная его особенность. Поскольку преобразующая антропогенная деятельность направлена, прежде всего, на биогеоценозы (экосистемы), человек прямо или косвенно влияет на эти связи и может существенно их нарушать.

Основной предмет исследований в экологии – изучение взаимосвязи между живыми организмами, их группами разных рангов, живыми и неживыми компонентами экосистем, а также особенности влияния природных и антропогенных факторов на функционирование экосистем и биосферы в целом.

Состояние и функционирование экосистемы зависит от динамики экологических факторов. В общем случае фактор – это движущая сила какого-либо процесса или влияющее на организм условие.

Экологический фактор – это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

Таким образом, окружающая среда – это, фактически, набор воздействующих на организм экологических факторов.

Из многих существующих классификаций экологических факторов целесообразно использовать следующую (рис. 9.1.)

 

 

 

Рис. 9.1. Состав экологических факторов

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в 2 крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы – биотические или биогенные. Но по своему происхождению обе группы могут быть, как природными, так и антропогенными, т. е., связанными с влиянием человека.

Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым – преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окружающей среды.

Термин «экология» существенно трансформировался. Экология стала ориентироваться на человека, что связано с активизацией его деятельности и ростом масштабов влияния на окружающую среду. Познание механизмов (закономерностей) – одна из важнейших задач современной экологии.

Центральной задачей современной экологии является исследование живой компоненты биосферы.

Основными задачамисовременной экологии являются:

· изучение общего состояния биосферы (биологических систем всех уровней: ген, клетка, орган и т.д.), условий ее формирования, причин и объемов изменений под влиянием разных природных и антропогенных факторов;

· прогнозирование динамики состояния экосистем и биосферы в целом во времени и пространстве;

· разработка путей гармонизации взаимоотношений человеческого общества и Природы, сохранения способности биосферы к саморегуляции и самовосстановлению.

Слово «метод» обозначает путь исследования, учение. В широком смысле слова метод – это пути, способы и средства познания действительности, совокупности взаимосвязанных принципов и способов исследования процессов, явлений и предметов в природе и обществе. Метод науки – это присущий ей способ проникновения в содержание предмета изучения.

Подбор конкретных способов исследования определятся методологией научного познания, представляющей собой учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности. Методология определяет принципиальный подход к изучению явлений и является вопросом развития каждой науки.

Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, полевых наблюдений, эксперимента и моделирования.

Системный подход пронизывает большинство экологических исследований, поскольку любой объект экологии представляет собой систему или часть системы.

Полевые наблюдения позволяют получить конкретные сведения о состоянии отдельных видов и популяций, их роли в существовании определённой экологической системы, об антропогенном влиянии, об изменении численности популяций и т.д.

Эксперименты в природных условиях дают возможность моделировать ту или иную ситуацию, последствия её развития для конкретного сообщества организмов или биогеоценоза.

Математическое моделирования процессов и ситуаций, встречающихся в популяциях и биоценозах, с помощью вычислительной техники позволяет произвести количественную оценку изучаемых процессов и явлений и с большой долей достоверности, используя накопленные данные, прогнозировать возможное развитие тех или иных процессов и ситуаций в экологических системах.

Предвидеть ответные реакции системы на действия конкретных факторов можно лишь через сложный анализ существующих количественных отношений и закономерностей.

Однако используя математические приёмы, эколог должен помнит, что в связи с наличием у сложных экологических систем большого числа степеней свободы, а также параметров, зависящих от времени, к этим системам не могут применяться классические, жестко детерминированные алгоритмы управления и прогнозирования.

В настоящее время необходимы глобальные математические модели, в которые входили бы подсистемы взаимодействия между атмосферой и водой, атмосферой и поверхностью почвы, процессы в каждом из элементов окружающей среды, взаимодействие верхнего слоя атмосферы с космосом, механизмы саморегулирования в природе, влияние деятельности человека на окружающую среду. При значительном объёме возможностей подобная модель должна быть достаточно детальна для регионов Земли. На такой модели можно будет оценить крупные инженерные решения, деятельность городов, варианты гидросистем, размещение заводов и т.д.

Структура современной экологии крайне сложна, поскольку включает более 90 направлений, сформировавшихся в последние десятилетия. Их условно объединяют в четыре блока: биоэкологию, геоэкологию, техноэкологию (наиболее эффективно развивающуюся) и социальную.

Экологические исследования должны заканчиваться обобщением всей экологической информации для разработки и реализации планов и программы радикального природопользования, а также для формирования региональной и национальной экологической политики, определения тактики и стратегии эколого-безопасного развития человечества, сохранения биосферы и жизни на Земле.

Таким образом, в экологии как науке должен осуществляться синтез научных дисциплин – биологии, геологии, физики, химии, географии, экономики, социологии, политики, истории, математики и математического моделирования, правоведения и др. Экологические проблемы требуют широкого философского осмысления, создания новых этических концепций. В экологии сложнейшие научные построения соседствуют с прикладными вопросами, которые требуют немедленного решения.