Определение и структура биосферы

Предмет и задачи экологии. Основные разделы экологии

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 изучения входят: отдельные виды организмов (т.е. организменный уровень), популяции (популяционно-видовой уровень) и биосфера в целом (биосферный уровень).

Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо).

Для всех направлений эклогии главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи стоят преимущественно биологического свойства, т.е. изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы.

С точки зрения фактора времени экология дифференцируется на историческую и эволюционную.

По объектам и средам исследования выделяют экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

В последнее время возросла роль и значение биосферы как объекта изучения. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Актуальность и многогранность этих проблем, вызванных обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук. Развиваются такие новые направления как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и др.

Соответственно более широкое толкование получил и сам термин «экология», а экологический подход при изучении взаимодействия человеческого общества и природы был признан основополагающим.

В связи с этим появились новые дисциплины:

· глобальная экология, основным объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема;

· социальная экология, изучающая взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа»;

· экология человека (антропоэкология), часть соц. экологии, в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

С научно-практической точки зрения вполне обосновано деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология изучает общие закономерности организации жизни.

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

Структура современной экологии

Задачи экологии:

1. Общие задачи экологии:

- разработка общей теории устойчивости экосистем;

- изучение экологических механизмов адаптации к среде;

- исследование регуляции численности популяций;

- изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

- исследование продукционных процессов;

- исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

- моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

2. Основные прикладные задачи экологии:

- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

- улучшение качества окружающей природной среды;

- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

- оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагоприятных районах.

Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера является экосистемой высшего уровня и представляет часть твердой, водной и газовой оболочки Земли, в которой обитают живые организмы. Таким образом по физическим природным условиям биосфера может быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу, а пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни.

Основными свойствами биосферы являются:

§ централизация (в центре – все живые организмы),

§ открытость (для получения энергии извне),

§ саморегуляция (способность восстановления исходного состояния),

§ разнообразие (сред, природных зон, видов живых организмов),

§ непрерывность протекания процессов (за счет кругооборота веществ).

Рис. Типы веществ, слагающих биосферу

Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по Вернадскому, - это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается и перерабатывается совокупностью живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, известняк, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. Оно создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами и представляет системы динамического равновесия тех и других. Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль.

Биокосное вещество планеты – это почва и все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества.

Живое вещество – самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли за время своего существования. Все живое вещество нашей планеты составляет 1/11 млн. часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество представляет собой наиболее организованную часть материи Земли.

Живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек Земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в наше время равно 2420 млрд. т.

Химический состав живого вещества представлен элементами, широко распространенными в природе (атмосфера, гидросфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера.

В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Как уже было отмечено, H, C, O, N, P и S являются главными химическими элементами живого вещества и их называют биофильными. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные постройки представлены углеводами, липидами, белками, нуклеиновыми кислотами. Перечисленные части живого вещества находятся в организмах в тесном взаимодействии. Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения.

В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1. Молекулярный (генетический) – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2. Клеточный уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяют на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

4. Органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

5. Организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов.

6. Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическим факторами.

8. Биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

Лекция № 2

Организм и окружающая среда как система

Дата добавления: 2014-11-25