Лекция №2. 1. Экология, предмет, содержание, проблемы

Введение. Предмет экологии.

1. Экология, предмет, содержание, проблемы.

2. Структура современной экологии.

3. История развития экологии.

4. Взаимосвязь экологии с другими науками

5. Основные проблемы современной экологии.

1. Термин экология (от греческого "oicos" - дом, убежище, "logos" - наука, учение) был впервые введен в 1866 г. немецким ученым Эрнстом Геккелем. В современном понимании экология - это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой (косной) природой.

Если ранее этот термин употребляли лишь ученые, то теперь термины "экология", "экологические факторы", "экологические проблемы" и другие настолько часто употребляются, что вместо интереса вызывают подчас обратную реакцию. Распространенной ошибкой стало сведение предмета экологии как науки к предмету охраны природы. Современная экология выполняет функции гораздо более широкие. Основными задачами экологии можно считать следующие:

· исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы;

· создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов;

· прогнозирование изменений в природе, возникающих под влиянием хозяйственной деятельности человека;

· определение допустимых пределов воздействия человека на окружающую среду;

· сохранение среды обитания живых организмов, в том числе и человека;

разработка рекомендаций путей развития человеческого общества

Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками – химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность, или структура, связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида (популяционно – видовой уровень), и биосферы в целом. (Коробкин, Передельский 2006).

Основным содержанием общей экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой на популяционно – биоценотическом, биогеоценотическом и биосферном уровнях.

2.Экология как наука сложна и многогранна. В настоящее время экология представляет собой разветвленную систему. В ней условно выделяют крупные направления: биоэкология (общая экология), геоэкология, прикладная экология, экология человека и социальная экология. (Шамилева И.А., 2004).

Экологические знания разнообразны, образуют комплекс наук, рассматривающих различные стороны взаимодействия всех компонентов природы и человеческого общества.

Структура современной экологии

Биоэкология

Геоэкология

Экология

Социальная экология

Прикладная экология

Глобальная экология

Глобальная (всеобщая) экология рассматривает особенности взаимодействия природы и общества в рамках всего Земного шара, в том числе глобальные экологические проблемы (потепление климата планеты, сокращение площади лесов, опустынивание, загрязнение среды обитания живых организмов и т. п.).

Классическая (биологическая) экология исследует связи между живыми системами (организмами, популяциями, сообществами) и условиями их обитания, как в настоящее время, так и в прошлом (палеоэкология). Различные разделы биологической экологии изучают разные живые системы: аутэкология - экологию организмов, популяционная экология - экологию популяций, синэкология - экологию сообществ.

Прикладная экология определяет нормы (пределы) использования природных богатств, рассчитывает допустимые нагрузки на окружающую природную среду для поддержания ее в пригодном для жизнедеятельности природных систем состоянии.

Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой.

Такое подразделение экологии происходит на предметной основе (в зависимости от предмета исследования). Кроме того, выделяют также региональную экологию. Она раскрывает особенности взаимного влияния природной среды и деятельности человека в конкретных условиях отдельных территорий, в административных или природных границах.

3. Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. В примитивном обществе каждый индивидуум для того чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей его среде или о силах природы, растениях, животных. Как и другие области знания, экология развивалась, непрерывно, но неравномерно на протяжении истории человечества. Еще в 6-11 веках до н.э. в древнеиндийских сказаниях Махабхарата даются сведения о повадках и образе жизни около 50 видов животных, сообщается об изменении численности некоторых из них. В китайских хрониках 4-11 вв. до н.э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В трудах ученых античного мира – Гераклита, Гиппократа, Аристотеля и др. – были сделаны обобщения экологических фактов.

Аристотель в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении. Так начинался первый этап развития науки. Теофраст Эрезийский описал влияние почвы и климата на структуру растений. Впервые было предложено разделить покрытосеменные растений на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. В средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством схоластики и богословием.

Началом новых веяний в период позднего средневековья яв-ся труды Альберта Великого – в своих трудах о растениях он придает большое внимание условиям их местообитания, где помимо почвы уделяет особое внимание солнечному теплу. Известный английский химик Бойль первым осуществил экологический эксперимент. Он опубликовал результаты сравнительного изучения влияние низкого атмосферного давления на различных животных. Антон ван Левенгук был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности организмов. На основании путешествий по неизведанным краям России в 18 в Крашенинниковым, Лепехиным, Палласом указывалось на взаимосвязанные изменения климата, растений и животных в различных частях обширной страны. О влиянии среды на организм высказывал и Ломоносов,Болотов, Бюффон(перерождение видов), Жан Б.Ламарк

Второй этап развития науки связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Основоположником экологии растений считают Гумбольта (влиян. Климат. Усл. На распрост.растений), немецкий зоолог Глогер (на животных), Фабер (особенности северных птиц), Бергман. Рус. Ученый Эверсман делит на абиотичес. И биотичес. Приводит примеры борьбы и конкуренции между видами. Экологическое направление в зоологии было сформулировано рус.ученым Рулье,Северцовым, Бекетовым. Таким образом ученые 19 века анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности. Дальнейшее развитие экологии произошло на базе эволюционного учения Дарвина, который по праву считается пионером в экологии. В книге происхождение видов им показано, что борьба за существование в природе приводит к естественному отбору, т.е. яв-ся движущим фактором эволюции.

Победа эволюционного учения в биологии открыла т.о. третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экол.исследованиям. Экология в конце 19 века превратилась в науку об адаптациях организмов. Сам термин был предложен в 1866 г. Геккелем, Нем.гидробиолог Мебиус обосновал представление о биоценозе как закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. К этому периоду относится деятельность ученых Коржинского, Докучаева.По предложению ботаника Шретера экология особей названа аутэкология, а сообщества синэкологией. В 1913-1920 гг. были организованы науч.эколог.общества, основаны журналы, стали экологию преподавать в университетах. В эти годы большой вклад внесли ученые Кожевников, Бородит.

Четвертый этап развития экологии сформировался к 30-м годам 20 века определились основные теоретические направления в области биоценологии, о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Проблему взаимодействия живых орг-мов с неживой природой разработал Вернадский. Большой вклад в фитоценологические исследования внесли Сукачев, Келлер, Алехин, Раменский, Шенников, в развитие общей экологии большой вклад внес Кашкаров. В развиитие популяционной экологии внесли вклад Северцев, Синская, Серебряков, Гиляров, Наумов, Викторова, Уранова, Шварц. В начале 40-х Гаузе сформулировал принцип конкурентного исключения. Англ.ученый Тенсли предложил термин Экосистема, Сукачев – обосновал представление о биогеоценозе, амер.уч. Линдеман изложил методы расчета энергетического баланса экол-х систем, Вернадский определил современную науку о биосфере. Реймерс внес вклад в изучение взаимоотношений человека и природы (природопользование

В конце 20 века происходит экологизация науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и воздействует на нее отрицательно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.

4. Экология тесно взаимодействует с другими науками: как биологическими, так и других областей знаний.

На стыке экологии и других биологических наук возникли:

экоморфология - выясняет, как условия среды формируют строение организмов;

экофизиология - изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды;

экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни;

генетика популяций - изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания;

биогеография - изучает закономерности размещения организмов в пространстве.

Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой). Она неотделима от морали, права, экономики и т. д.

5. В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастают. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов в связи с резко негативными последствиями научно – технического прогресса.

Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, так как только в союзе с ними возможно преодолеть технократическую парадигму мышления и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные задачи экологии.

2. Что является главным объектом науки экология?

3. Охарактеризуйте структуру современной экологии.

4. Что сделано на первом этапе развития экологии?

5. С какими науками тесно связана экология?

6. Охарактеризуйте проблемы современной экологии

Литература:

1. Экология. В.И.Коробкин, Л.В. Передельский., Ростов-на-Дону 2006г.

2. Экология. И.А.Шамилева., Москва, 2004г.

3. Сагимбаев Г.К. Экология и экономика. – Алматы, 1997 г.

4. Степановских А.С. Экология. Москва, 2003 г.

5. Радкевич В.А. Экология. Минск, Высшая школа, 1997 г.

ЭКОЛОГИЯ ОСОБЕЙ (аутэкология)

1. Приспособление организмов к среде обитания.

2. Экологические факторы и их классификация.

3. Основные закономерности действия экологических факторов.

4. Понятие о лимитирующих факторах

1. Среда обитания – это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов и симбионтов.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, т.к. обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на самых разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообщества и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции.

Адаптации можно разделить на три типа: Морфологические, физиологические и этологические (морфологические сопровождаются изменением в строении организма, например, видоизменение листьев у растений пустынь; Физиологические изменения в физиологии организмов, например способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира; этологические – изменения в поведении, например, сезонные миграции животных и птиц, впадение в спячку в зимний период).

2. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на три большие группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

Физические факторы – это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет ожог, если очень низкая – обморожение. Н а действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде – течение, на суше – ветер и влажность, и т.п.

Но есть и физические факторы глобального воздействия на организмы, к которым относятся естественные геофизические поля Земли (Трофимов, Зилинг,2002).

Химические факторы – это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды. Если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т.п.

Эдафические факторы, т.е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений.

Классификация экологических факторов (Шамилева И.А., 2004).

Экологические факторы
Абиотические	Биотические
Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, течение, долгота дня и т.д. Механический состав почвы, ее прони-цаемость, влагоемкость. Содержание в почве и воде элементов питания, газовый состав, соленость воды.	Влияние растений на других членов биоценоза. Влияние животных на других членов биоценоза. Антропогенные факторы, возникающие в результате деятельности человека.
По времени	По периодичности	По очередности
Эволюционный Исторический	Периодический Непериодический	Первичный Вторичный
По происхождению	По среде возникновения
Космический Абиотический Биогенный Биотический Природно-антропогенный Антропогенный (в т.ч. техногенный)	Атмосферный Водный (влажность) Геоморфологический Эдафический Физиологический Генетический Популяционный Биоценотический Экосистемный Биосферный

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодическиефакторы не имеют периодичности (например, извержение вулкана, ураганы, нападение хищника). Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы и др.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных (температура, количество осадков, биомасса, продуктивность).

Экологические факторы оказывают на организмы различные воздействия: ограничивающее, раздражающее, модифицирующее, сигнальное. Ограничивающее воздействие делает невозможным существование в данных условиях. Раздражительное действие вызывает биохимические и физиологические адаптации. Модификационное воздействие вызывает морфологические и анатомические изменения организмов. Сигнальное воздействие информирует об изменениях других факторов среды.

В природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.

3. Основные закономерности действия экологических факторов

Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум – такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают верхний и нижний предел выносливости.

Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называетсяэкологической валентностью (толерантностью, устойчивостью и пластичностью). Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой стенобионтными. Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называется эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур – стенотермными.

4. Фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим или ограничивающим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 г. химиком Ю.Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила, или закона минимума Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски – лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.

Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и животным.

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Либих, но и избыток таких факторов, как например, тепло, свет и вода. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В.Шелфорд (1913), сформулировавший закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном и количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом.

После 1910 года в «экологии толерантности» были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные среды обитания.

2. Какими бывают экологические факторы

3. Как действуют факторы?

4. Что такое экологическая валентность?

5. Какие бывают организмы в зависимости от зоны толерантности?

6. В чем сущность закона минимума Либиха?

7. В чем сущность закона толерантности Шелфорда?

Литература:

1. Экология. В.И.Коробкин, Л.В. Передельский., Ростов-на-Дону 2006г.

2. Экология. И.А.Шамилева. Москва, 2004г.

3. Основы экологии и охрана окружающей среды. А.Г. Банников, А.А.Вакулин, А.К.Рустамов. Москва, 1999г.

4. Экологические основы природопользования. С.И.Колесников. Москва, 2005г.

5. Степановских А.С. Экология. Москва, 2003 г.

Дата добавления: 2013-12-13