Предмет экологии, ее структура, задачи экологии

Из всех живых организмов человек наиболее старается изменить природу, используя и приспосабливая её для своих нужд. Сегодня, благодаря развитию науки и техники, человек способен вторгаться во все микро- и макромиры, во все процессы, протекающие в биосфере. Тем самым он вызывает нежелательные изменения и не видит последствий. Если до некоторых пор срабатывали механизмы саморегуляции и они компенсировали антропогенное воздействие, то сегодня человеческая деятельность достигла таких размеров, которые сопоставимы с масштабами природных явлений.

Например, подземные ядерные взрывы по мощности сравнимы со слабыми и средними сейсмическими толчками.

Разрушительная деятельность человека породила конфликт между обществом и природой, создала проблемы, которые принято называть экологическими. Решение экологических проблем требует огромной работы во всех областях науки и техники. И теоретическим фундаментом всей природоохранной деятельности является наука экология.

В 1866 немецкий биолог Эрнст Геккель ввёл в науку термин экология (oikos – дом, жилище, logos – учение, наука), т.е. учение о доме. Геккель назвал термином экология новый раздел биологии, изучающий совокупность всех взаимосвязей между живыми и неживыми компонентами природной среды, который по мере накопления новых знаний превратился в самостоятельную науку.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения экологии – экосистемы, представляющие собой единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область её компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, биотических сообществ и биосферы в целом. Иерархия экологических уровней и область изучения экологии представлена на рис.1. Экология изучает главным образом те системы, которые расположены в верхней части спектра, то есть выше уровня организма.

Область изучения экологии (надорганизменные системы)

БИОСФЕРА

ЭКОСИСТЕМА

ГЕНЫ

Рис. 1. Иерархия экологических уровней:

Структура экологии

Общие закономерности взаимодействия любых живых существ, включая и человека как биологическое существо, изучает наука – общая экология, в состав которой входят следующие разделы:

Аутэкология – исследующая индивидуальные связи отдельного организма (особи) с окружающей средой;

Популяционная экология (демэкология) – изучающая структуру и динамику популяций отдельных видов

Синэкология (биоценология) – изучающая взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем.

Экология также классифицируется:

По среде обитания:

Экология пресных вод
Экология моря
Экология суши
Экология океана

По объектам исследования:

растений
позвоночных
микроорганизмов
человека

В настоящее время экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. В связи с обострением экологической обстановки наблюдается «экологизация» всех наук и отраслей народного хозяйства, т. е. обязательному учету законов и требований экологии при осуществлении любой деятельности.

В таком качестве экологию разделяют на 2 части – теоретическую и прикладную. Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни в экосистемах и самой биосфере как глобальной экосистеме Земли, на основе законов общей экологии, учения о биосфере и положений экологии человека. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов теоретической экологи..

В 20 веке экология возведена в ранг обобщающих наук, которая обобщает экологические направления самых разных наук: права, экономики, геологии, биологии, математики, географии, социологии, медицины и др.

Основные задачи экологии

Исследование закономерностей организации жизни в природных системах, в том числе при антропогенном воздействии на эти системы.
Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменения природы в результате деятельности человека, управление процессами, протекающими в биосфере.
Регуляция численности популяций.
Восстановление нарушенных природных систем и сохранение эталонных участков биосферы
Формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали
Оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития общества и государтства.

История экологии.

Экология как наука начала своё развитие с доисторических времён с накопления эмпирических знаний. Человек начал познавать природу ещё в те времена, когда он научился добывать огонь и использовать орудия труда. Люди накапливали эмпирические знания о природе, занимаясь элементарными делами. Так, например, рыбак знает, что форель водится в ручьях с быстрым течением, тогда как карась предпочитает стоячие воды. Или каждый знает, что на берегах ледовитого океана не водятся львы, а в Сахаре нет белых медведей. С развитием цивилизации развивались и экологические познания, и экологические проблемы.

Элементы экологических знаний обнаруживаются в сочинениях многих учёных античного мира. Гиппократ выдвинул идеи о влиянии факторов среды на здоровье людей. Аристотель классифицировал животных по образу жизни и способу питания. В древнем Египте и Вавилоне были известны методы борьбы с накоплением в почве токсичных для растений солей. Техника удаления солей хоть и была примитивной, но она уже существовала. Жители Средиземного моря для получения пресной воды фильтровали морскую воду через слой почвы. В таких городах как Афины, Рим, Иерусалим, Александрия канализационные стоки не сбрасывались в реку, а собирались в специальных отстойниках и, затем использовались для орошения полей и садов.

В средние века науки о природе развивались медленно в силу религиозного догматизма.

Толчком к развитию наук о природе послужили открытия новых стран и тем самым нового растительного и животного мира в эпоху Возрождения.

18 столетие характеризуется наблюдениями натуралистов и осмысливанием влияния природных факторов на развитие и эволюцию живых организмов.

Первая половина 19 века – зарождение и становлении экологии как науки: накопление данных о взаимосвязи живых организмов со средой обитания, первые научные обобщения. Первые предупреждения (Мальтус, Ламарк) о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Вторая половина 19 века - создание Ч. Дарвином учения о происхождении видов, указавшим на взаимозависимость и взаимовлияние всех форм живой и неживой природы. На основании этого учения Э. Геккель выделил экологию как науку, изучающую все взаимодействия в природе. Под экологией он понимал «сумму знаний о всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей 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».

Однако представления о целостности среды ещё не стали господствующей системой взглядов.

Начало 20 столетия – А. Тэнсли ввёл термин экосистема и указал на невозможность отделения организмов от окружающей среды. Создание Вернадским учения о биосфере и ноосфере.

Вторая половина 20 столетия – характеризуется большим вниманием мирового сообщества к угрозе экологического кризиса. Осознан роль человека как части природы и зависимость его от ресурсов планеты.

Основные понятия экологии.

Вид – совокупность особей, обладающих общими морфофизиологическими признаками, занимающих свою область обитания, способных в природных условиях скрещиваться друг с другом.

Популяция – совокупность особей одного вида, объединённых общими условиями существования.

Популяция характеризуется рядом признаков:

плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура, распределение в пространстве, кривая роста и т.п.

Количественно популяция может быть оценена числом особей, пpиходящихся на аpеал (площадь ее pаспpостpанения). Так обычно оцениваются популяции животных, в частности - пpомысловых. Другим паpаметpом является плотность популяции, котоpая может быть, в зависимости от целей, определена количеством особей или биомассой (или эквивалентной ей энергией) данного вида на единицу площади

Её обычно измеряют и выражают числом особей или биомассой популяции на единицу площади или объёма (500 деревьев на 1 га или 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоёма).

Плотность популяции, являясь важнейшей ее хаpактеpистикой, но не дает исчерпывающего представления о благополучии популяции, динамики и тенденции ее развития. Эти данные могут быть получены из анализа динамики численности популяции, т.е. изучения pождаемости, смеpтности и возpастной структуры.

Рождаемость – способность популяции к увеличению численности.

Смертность – гибель особей в популяции.

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.2). Возрастной состав популяции – соотношение разных возрастных групп. В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи, в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, возрастное распределение равномерно, а в отмирающих содержится большая доля старых особей.

Рис.2. Возрастные пирамиды популяции.
А - массовое размножение, В - стабильная популяция, С - сокращающаяся популяция

Исследования численности популяций и опpеделяющих ее фактоpов позволяет оценить последние и в отдельных случаях обеспечить ее биологическое pегулиpование.

Несколько популяций образуют сообщества – биоценозы.

Биоценоз – совокупность популяций, которая функционирует в определённом пространстве абиотической среды – биотопе. Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое или экосистема.

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Примером экосистемы могут быть лес, луг, озеро. Термин предложен А.Тенсли. для экосистемы характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между организмами и окружающей средой. Очень близко по смыслу к понятию «экосистема» понятие «биогеоценоз». Термин предложен академиком В,Н. Сукачевым («биос» - жизнь, «Гео» - земля, «ценоз» - сообщество)

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, и мира микроорганизмов), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

Понятие экосистема и биогеоценоз не синонимы. По определению Тенсли экосистема – это безразмерные устойчивые системы живого и неживого, в которых совещается обмен веществ и энергии. Таким образом, экосистема – это капля воды с микроорганизмами, лес, горшок, биологические очистные сооружения, космический корабль, но при этом биогеоценозом они не являются. Экосистема может включать несколько биогеоценозов. Т. о. понятие «экосистема» шире, чем биогеоценоз, т.е. любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценозы – это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Биосфера – (bios – жизнь, spharia – шар) – это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли. Оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу. В своей основе биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой материи. Впервые этот термин ввёл в 1875 году австрийский учёный Э. Зюсс.

Но впервые обратил внимание на огромную роль живого вещества в жизни нашей планеты и вложил в это понятие более глубокий смысл выдающийся русский учёный Вернадский. Он является основоположником современных представлений о биосфере.