Тема № 2: основы общей экологии

ЗНАТЬ:

1. Определения и понятия: биосфера, биотический фактор и др.
2. Человеческие сообщества и их влияния на окружающую среду.
3. Методы природопользования на основе экологических законов.

УМЕТЬ:

Использовать полученные знания в просветительской работе (в своей группе)

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ:

1. Краткие основы общей экологии.
2. Понятие о биосфере и ее эволюции, об экосистеме и ее составе, свойствах и функциях. Определения и понятия: биосфера, биотический фактор и др.
3. Антропогенное воздействие на экосистемы.
4. Человеческие экосистемы. Взаимосвязь и взаимодействие в человеческих экосистемах.
5. Демографические процессы в человеческих экосистемах. Рождаемость, смертность, естественный прирост. Этические взгляды на экосистемы. Возможность устойчивого развития человеческих экосистем.

1. Краткие основы общей экологии

Общая экология – это мир, который нас окружает и в котором мы живем. Составные части экологии: Космос – Галактика – Земля - воздушная атмосфера – водная оболочка – почва – биосфера: воздух вода, растительность, животный мир и люди. С Космоса Земля – пылинка, затерявшаяся в безграничном пространстве Вселенной. Но для нас Земля – наша Родина, наша планета, наш дом. Состоит она из различных веществ, крайне неравномерно распространенных в ней. Землю окружают различные оболочки, важнейшие из которых для нас - воздушная и водная.

Воздушная – атмосфера – самая легкая, состоит из газов, важнейший из которых – кислород – 21%, а также углекислого газа – 0,03%, азота – 78% и инертных газов – 0,97%. На высоте 20-25 км находится тонкий слой озона, защищающий землю от вредных лучей. Через воздух проходит важнейшая для нас солнечная энергия, которая преобразуется растениями в питательные вещества. Земной шар на 71% покрыт водой. Вода также содержится в воздухе и в недрах земного шара. Для нас важна питьевая вода, которая составляет лишь 1% от всей воды на Земле, причем 85% ее запасов находится в ледниках. Верхние слои Земли, обладающие плодородием, называются почвой. На ней растут растения, которыми питаются животные и мы. Вот краткая экология нашей жизни. Но для человека важнейшая – тончайшая оболочка Земли, которая объединяет всех живых существ на Земле (от бактерий до человека) – ее называют биосферой.

1. Понятие о биосфере и ее эволюции, об экосистеме и ее составе, свойствах и функциях. Определения и понятия: биосфера, биотический фактор и др.

Биосфера – это оболочка Земли, среда обитания живых существ, которая сложилась в процессе эволюции и продолжает постоянно преобразовываться под влиянием этих же живых существ. Биосфера включает в себя атмосферу – газовую оболочку Земли, в которой на высоте 10-25 км располагается озоновый слой, препятствующей прохождению убийственным УФЛучам; гидросферу (реки, океаны), почву – плодородный слой, и литосферу – вся земная твердь глубиной 50-200 км. Границы распространенности жизни на Земле распространяются на 35 км вверх – в тропосферу и на 16 км в глубь Земли – в литосферу и на 1км под океанами. Все живые существа в биосфере связаны между собой.

В биосфере протекают два взаимосвязанных процесса преобразования веществ в природе – геологический и биологический круговороты химических веществ. Геологический (большой) круговорот - это обмен химических веществ в результате разрушения горных пород водой и солнцем. Биологический (малый) круговорот – это обмен веществ между растениями, животным миром, микроорганизмами и почвой. В основе биологического круговорота лежит фотосинтез – поглощение солнечной энергии и углекислого газа и построение тел растений с выделением кислорода. Животные кормятся растениями и поглощают кислород, выделяя углекислоту. Микробы превращают мертвое органическое вещество в неорганическое, которое усваивается растениями.

Ноосфера – область обитания живых существ, измененная деятельностью человека

Син-экология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения между особями разных видов и окружающей средой

Среда обитания – весь комплекс условий, в которых живет организм. Она определяет форму и функции организма. Рычаги, которыми среда воздействует на организм, называются экологическими факторами. Они бывают трех видов: 1) абиотические (природные) – топографические (рельеф местности), климатические (свет, температура, частота ветров и др.); 2) биотические – те, которыми живые существа воздействуют друг на друга и 3) антропогенные – это факторы, которые порождаются человеческой деятельностью.

Вся совокупность живущих на одном месте растений, животных, микроорганизмов вместе с почвой и атмосферой называется экосистемой, а их взаимодействие между собой - биогеоценозом. Экосистемой является, например: участок леса, море, аквариум, комната и т.д. Самой большой экосистемой является биосфера – оболочка Земли, в которой сосуществуют в различных взаимосвязях (биогеоценозах) всевозможные существа. А если человек выращивает какие-нибудь культуры (пшеницу, свеклу) – то эта искусственная экосистема называется агроцинозом. Как построена экосистема? Она состоит, как правило, из 4-х элементов:

1. Неживая среда – это вода, минеральные вещества, газы, органические вещества, находящиеся под действием метеорологических факторов с преобладанием химических и физических процессов в ней.
2. Производственная среда, где живут производители (продуценты) - из неорганических веществ с помощью солнечной энергии и хлорофилла они создают органические вещества и кислород – это растения.
3. Потребительская среда, где живут потребители (консументы) растительной продукции – это животные. С помощью ферментов они переваривают и усваивают растительные вещества, а их, в свою очередь, употребляют в пищу хищники.
4. Среда разложения, где трудятся разрушители (редуценты) – это бактерии, грибы, клещи. Также с помощью ферментов они перерабатывают растительные остатки и трупы животных в усвояемые для растений минеральные вещества. Обычно редуценты перерабатывают погибших консументов и продуцентов. Но при заболевании организма, ослаблении его защитных сил, могут «трудиться» и в нем (гнилостная микрофлора толстого кишечника).

Между собой в экосистеме в процессе биоценоза живые организмы взаимодействуют по разному:

1. нейтрализм – взаимодействие отсутствует;
2. конкуренция - соревнуются между собой за пищевые ресурсы;
3. паразитизм – когда один вид использует другой организм для питания (болезнетворные микроорганизмы, вши, гельминты);
4. хищничество – один питается другим, уничтожая объект питания;
5. симбиоз – один помогает другому (белый стафилококк на коже, кишечная палочка в толстом кишечнике у человека). Однако в больном организме симбиотические организмы могут превращаться в паразитические формы.

Таким образом, в природе все рационально: созданное одним организмом органическое вещество и содержащаяся в нем энергия перерабатывается другим существом – этот процесс называется пищевой цепью. Так в природе осуществляется круговорот веществ. Если состояние экологической системы благоприятно для существования находящимся в ней живым существам – это состояние называется экологическим равновесием. Периодически происходят изменения – сезонные – обратимые. Бывают острые изменения – катаклизмы, когда в короткий период жители экосистемы погибают (динозавры) – это экологическое бедствие. Если среда обитания меняется постепенно, например под влиянием изменения поворота вращения Земли и изменения климата, то смена живых существ происходит постепенно – и это называется экологической сукцессией. Процесс приспособления к изменению условий окружающей среды называется адаптацией. С адаптацией происходит эволюция живых существ – их развитие и трансформация. И тут работают два закона эволюции - «необратимость эволюции» и «ничто не дается даром»: любое новое изменение органического мира, сопротивляясь новому, обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния, свойства, функции или формы.

1. Антропогенное воздействие на экосистемы

Человек является высшей формой эволюции. Он избавился от зависимости от капризов природы и естественного отбора, т.к. смог сам создавать искусственную среду обитания. Поэтому современные люди живут во много раз дольше, чем первобытные. Но человек породил технологии, разрушительные для природы. Кратко перечислим антропогенное воздействие человека на окружающую среду – глобальные экологические проблемы:

1. загрязнение воздушной, водной сред и почвы токсическими отходами;
2. уничтожение лесов – легких планеты, на их месте появляются пустыни;
3. ухудшение плодородия почвы в результате ее загрязнения, интенсивного использования для

посевов, выпадения кислотных дождей из загрязненной атмосферы;

1. водный кризис из-за увеличения потребления питьевой воды и уменьшения ее ресурсов;
2. глобальное изменение климата (потепление на 0,6⁰С за столетие) из-за увеличения углекислого

газа в атмосфере, предположительно, из-за сжигания топлива.

Более подробно эти процессы будут рассмотрены нами в следующих темах.

1. Человеческие экосистемы. Взаимосвязь и взаимодействие в человеческих экосистемах

С момента своего зарождения человечество развивалось под действием конкретных природных факторов, которые сформировали не только человека как биологический вид, но и его национальные типы. В каждой конкретной местности сформировались национальные экосистемы, адаптированные к местным климатическим условиям, что помогало народу этой национальности выживать в данной местности и устойчиво развиваться. Таким образом, в процессе эволюции произошла экологическая дифференциация населения земного шара по адаптивным типам, внешне определяемых как национальные признаки.

Адаптивный тип представляет собой норму биологической реакции на окружающую среду, обеспечивающую наилучшую приспособляемость к окружающей среде, ее экологии. Различают 4 адаптивных экологических типа: тип умеренного пояса, арктический, тропический и горный. Адаптивные типы отличаются не только внешне, но и физиологическими процессами в организме, характером обмена веществ, набором характерных ферментных систем и специфических болезней и др.

Большая часть населения принадлежит к умеренному типу – это местности, где преобладает городское население. Уровень адаптации у них не ясен.

Арктическому типу (ненцы, чукчи) свойственно сильное развитие костей и мышц, грудной клетки, увеличенное содержание в крови гемоглобина. В пище преобладают жиры, которые, благодаря набору соответствующих ферментов, имеют повышенную способность к окислению, что обеспечивает повышенный обмен веществ, при котором они легко переносят низкую температуру, имея всегда горячую кожу, и редко простужаются.

Тропический тип (негры, арабы, жители островов Окенавии) проживает в условиях большого количества тепла и влаги, мало животной пищи – белка. Имея слабое развитие мышц, низкий обмен веществ, они быстро замерзают при понижении температуры воздуха. Экологические условия в тропиках в каждом регионе очень разнообразны, что породило большое разнообразие рас – от самых низкорослых на Земле (пигмеи) до самых высокорослых (есть племена). Особенности этого типа: удлиненные формы тела при снижении мышечной массы, маленький объем грудной клетки, большое количество потовых желез.

Горный тип живет в условиях высокогорья, где низкое атмосферное давление, холодно, однообразная пища. Поэтому у людей этих национальностей повышенный обмен веществ (хорошее отопление организма), увеличено число эритроцитов и гемоглобина, расширена грудная клетка.

Отличительные особенности организмов адаптивных типов людей сводятся к трем различиям, существенным с точки зрения гигиены и медицины:

А – в пище, источнике пластических веществ и энергии. Разные типы питаются предпочтительно своей национальной пищей в соответствии с особенностями национального питания;

Б – в степени усвоения употребленной пищи в результате разного набора ферментов в желудочно-кишечном тракте, необходимых для разложения пищи до требуемых усвояемых ее форм. Для переработки национальной пищи у определенного типа существует только ему присущий набор пищеварительных ферментов для переваривания пищи. То, что хорошо усваивается одним типом (украинцем – сало, ненцем – сырая рыба, казахом – мясо и др.), у других вызовет расстройство кишечника и даже заболевание (употребление молока ненцем, казахом и др);

В – в степени использования организмом составных частей съеденной пищи, всосавшихся из кишечника в кровь, для поддержания гомеостаза (постоянного внутреннего состава организма) и обеспечивающих его жизненно необходимых обменных процессов, в частности:

1) обмена энергии (зависимой от количества мышц, где в основном продуцируется энергия); необходимой для поддержания уровня основного обмена – количества энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности организма в покое (для физиологических энергозатрат; обычно это 900-1300 ккал;

2) обмена веществ, необходимых для пластических целей - построения и восстановления тканей (мышц, костей и т.д.), выработки элементов эффективной иммунной системы и т.д.

Включение адаптивных типов в биогеоценоз конкретной территории формирует генофонд, соответствующий условиям проживания в данной местности, что обеспечивает возможность выживания и устойчивого развития национальностей при проживании в данном регионе. Переезд человека в другую местность включает процессы адаптации к этой местности. В процессе адаптации один тип приобретает свойства экологического типа данной местности (адаптируется) и здравствует или у него возникают болезни и, в случае несоответствия местному климату, сокращается жизнь. С другой стороны, процессы адаптации при переселении народов обеспечивали их экологическую изменчивость и приспособляемость, возможность распространяться по всему земному шару. В основе этого процесса адаптации лежат биологические механизмы обеспечения жизнедеятельности организма человека.

Если люди мигрируют в другие климатические зоны, они должны акклиматизироваться – т.е. адаптироваться к новым условиям. Если для растений и животных, занесенных в другой климатический пояс, показателем акклиматизации является выживание и размножение, то для людей необходимо еще восстановление высокого уровня работоспособности – иначе они не выживут. При акклиматизации происходят сложные физиологические процессы – перестройка питания, обмена веществ, терморегуляции, иммунитета, кровоснабжения. Например, люди, приехавшие в Заполярье во временную командировку, вначале мерзнут, потом у них возрастает теплота рук на 40% и груди – на 19%, что обеспечивает восстановление их работоспособности.

1. Демографические процессы в человеческих экосистемах. Рождаемость, смертность, естественный прирост. Этические взгляды на экосистемы. Возможность устойчивого развития человеческих экосистем

О состоянии здоровья в экосистемах говорят демографические процессы – численность населения в данной местности, его рождаемость, смертность и прирост. Если рождаемость – это число родившихся в течение года на 1000 населения (%₀), а смертность – соответственно умерших, то естественный прирост – это разница между родившимися и умершими. Бывает три вида естественного прироста, по которым судят о здоровье нации:

- регрессивный тип - когда умирают больше, чем рождаются.. Этот процесс сейчас происходит в России – рождаемость составляет 8,2 %₀, смертность – до 15 %₀, убыль населения - до 6,8 %_0;

- стационарный – когда сколько рождается, столько и умирает, прироста и убыли нет;

- прогрессивный – когда смертность ниже рождаемости. Самый высокая рождаемость сейчас в Саудовской Аравии – 18 %₀,, Латинской Америке – 10-12 %₀,,Скандинавии – 4-7 %₀,

Достижения научно-технического прогресса облегчили в наше время выживаемость людей, что привело к отклонению от закономерностей равновесия в живой природе – рост народонаселения ускорился. Если в ХУШ столетии человечество увеличивалось со скоростью 1% за столетие, т.е. удваивалось за 1000 лет, то с 1950-х годов – оно растет 1,9% в год, т.е. удваивается за 36 лет. Если в 1900 г. на земном шаре было 1,5 млрд людей, то в 2000 г – 6 млрд. Каждый день население увеличивается на 240-250 тыс. чел. или на 40 млн чел. в год. Этот стремительный рост называется демографическим взрывом. В целом на Земле население прогрессивно стареет. В Европе и Японии средняя продолжительность жизни составляет 80 лет (в России – 59 лет, в т.ч. мужчин -58 и женщин – 65 лет).

Ежедневно людям требуется 2 млн т пищи, 10 млн м3 питьевой воды, 2 млрд м³ кислорода.. На промышленные цели человечество ежегодно сжигает 30 млн т топлива, использует 2 млрд м³ воды, 300 млн т металлов и 65 млрд м³ кислорода. Естественно, ресурсы истощаются, природа загрязняется. Ученые обеспокоены. Выдвинуто ряд теорий:

Т. Мальтус (1798 г.) – обосновал необходимость войн и эпидемий, которые необходимы, чтобы сокращать рост населения. Он посчитал, что рост населения происходит в геометрической прогрессии, а средств пропитания – в арифметической. Отсюда полезны голод, эпидемии, войны. Последователи Мальтуса призывают к термоядерной войне – опять сократить население до 1 млрд.

Однако, другие ученые и историческая обстановка показали, что Мальтус ошибся – развитие числа населения зависит не только от природы, но и от социально-экономических условий и политических процессов. С ростом благосостояния народа и расширением социальных прав и экономических возможностей женщин выявились новые неизвестные ранее социальные факторы: повышение роли женщины в создании семьи, возрастает женский карьеризм и отстрачивается создание семьи и появление ребенка, уменьшается семьеобразующая роль мужчины и число «полных» семей, увеличивается число разводов - в итоге, сокращается рождаемость. С улучшением питания, увеличения в рационе роли жирной пищи и быстрого питания увеличивается число женщин с ожирением, возможности с зачатием которых снижаются. В то же время нищета и уменьшение белкового питания у женщин (Южная Африка) увеличивает рождаемость.

Ряд государств стал эффективно проводить демографическую политику. Так значительно ограничили рождаемость Китай и Индия. С другой стороны, Франция, обеспокоенная снижением рождаемости, активными мерами за 20 лет удвоила её. В 2003 г., чтобы увеличить рождаемость, Государственная Дума России сняла 12 причин для проведения абортов, а с 2007 г. введена экономическая поддержка материнства.

Таким образом, изменения в человеческих экосистемах - появление новых социальных процессов, вызванных нарастанием численности людей на земном шаре, разумные социально-экономические меры и соответствующая политика государства могут активно влиять как на увеличение, так и на снижение численности населения.

Контрольные вопросы

1. Что такое «биосфера»?
2. Что такое «среда обитания» и какие факторы в ней действуют?
3. Составные части биогеоценозов
4. Формы взаимодействия организмов в экосистемах
5. Что такое «пищевая цепь», «агроциноз»?
6. Что такое «экологическое равновесие, бедствие и сукцессия»?
7. Что такое «адаптация», «акклиматизация» и что происходит в организме при этих процессах?
8. Виды антропогенного воздействия на окружающую среду.
9. Адаптивные человеческие типы.
10. Виды демографических процессов.
11. Этические взгляды на рост народонаселения.
12. Какие возможности устойчивого развития человеческих экосистем?