Польові, лабораторні та експериментальні дослідження

Екологія, як було зазначено, має свою специфіку: об'єктом її дослідження служать не одиничні особи, а групи особин, популяції (в цілому або частково) та їх співтовариства, тобто біологічні макросистеми. Різноманіття зв'язків, які формуються на рівні біологічних макросістем, обумовлює різноманітність методів екологічних досліджень.

Для еколога першорядне значення мають польові дослідження, тобто вивчення популяцій видів і їх спільнот в природній обстановці, безпосередньо в природі. При цьому зазвичай використовуються методи фізіології, біохімії, анатомії, систематики і інших біологічних, та й не тільки біологічних наук. Найбільш тісно екологічні дослідження пов'язані з фізіологічними. Однак між ними є принципова різниця. Фізіологія вивчає функції організму і процеси, що протікають у ньому, а також вплив на ці процеси різних факторів. Екологія ж, використовуючи фізіологічні методи, розглядає реакції організму як єдиного цілого на констеляцію зовнішніх факторів, тобто на спільне вплив цих факторів при строгому обліку сезонної циклічності життєдіяльності організму і внутріпопуляціонной різнорідності.

Польові методи дозволяють встановити результат впливу на організм або популяцію певного комплексу факторів, з'ясувати загальну картину розвитку і життєдіяльності виду в конкретних умовах.

Однак спостереження не можуть дати цілком точної відповіді, наприклад, на запитання, який же з факторів середовища визначає характер життєдіяльності особи, виду, популяції або спільноти. На це питання можна відповісти тільки за допомогою експерімента, завданням якого є з'ясування причин, що спостерігаються в природі відносин. У зв'язку з цим екологічний експеримент, як правило, носить аналітичний характер. Експериментальні методи дозволяють проаналізувати вплив на розвиток організму окремих факторів у штучно створених умовах і таким вивчити всі різноманітність екологічних механізмів, що обумовлюють його нормальну життєдіяльність.

На основі результатів аналітичного експерименту можна організувати нові польові спостереження або лабораторні експерименти. Висновки, отримані в лабораторному експерименті, вимагають обов'язкової перевірки в природі. Це дає можливість глибше зрозуміти природні екологічні відносини популяцій і співтовариств.

Експеримент в природі відрізняється від спостереження тим, що організми штучно ставляться в умови, за яких можна строго дозувати той чи інший фактор і точніше, ніж при спостереженні, оцінити його вплив.

Експеримент може носити і самостійний характер. Наприклад, результати вивчення екологічних зв'язків комах дають можливість встановити фактори, що впливають на швидкість розвитку, плідність, виживаність ряду шкідників (температура, вологість, їжа).

В екологічному експерименті важко відтворити весь комплекс природних умов, але вивчити вплив окремих факторів на вигляд, популяцію або спільнота цілком можливо.

Прикладом екологічних експериментів широких масштабів можуть служити дослідження, що проводяться при створенні лісозахисних смуг, при меліоративних і різних сільськогосподарських роботах. Знання при цьому конкретних екологічних особливостей багатьох рослин, тварин і мікроорганізмів дозволяє управляти діяльністю тих чи інших шкідливих та корисних організмів.

У сучасних умовах екологічні дослідження відіграють істотну роль у вирішенні ряду теоретичних і практичних завдань. Динаміка чисельності організмів, сезонне розвиток, розселення та акліматизація корисних і шкідливих видів, прогнози розмноження та розповсюдження - ось основні в даний час екологічні проблеми. Розробка їх вимагає раціонального поєднання польових, лабораторних та експериментальних досліджень, які повинні взаємно доповнювати і контролювати одна одну.

Математичні методи і моделювання.

При екологічному дослідженні, яке зазвичай поводиться на певній кількості особин, вивчаються природні явища в усьому їх розмаїтті: загальні закономірності, властиві макросистеми, її реакції на зміну умов існування та ін Але кожна особина, індивідуум неоднакові, відмінні одна від одного. Крім того, вибір особи з усієї популяції носить випадковий характер. І лише застосування методів математичної статистики дає можливість по випадковому набору різних варіантів визначити достовірність тих чи інших результатів (ступінь відхилення їх від норми, випадкові відхилення або закономірності) і отримати об'єктивне уявлення про всієї популяції.

Однак як тільки було встановлено, що всі біологічні системи, у тому числі і надорганізменних макросистеми, мають здатність до саморегуляції, обмежуватися методами математичної статистики стало неможливо. Тому в сучасної екології широко застосовуються методи теорії інформації і кібернетики, тісно пов'язані з такими областями математики, як теорія ймовірності, математична логіка, диференціальні та інтегральні числення, теорія чисел, матрична алгебра.

Останнім часом широкого поширення набуло моделювання біологічних явищ, тобто відтворення в штучних системах різних процесів, властивих живій природі. Так, у «модельних умовах» було здійснено багато реакцій, що протікають в рослині при фотосинтезі. Прикладом біологічних моделей може служити і апарат штучного кровообігу, штучна нирка, штучні легені, протези, керовані біострумів м'язів, і ін

У різних галузях біології широко застосовуються так звані живі моделі. Незважаючи на то що різні організми відрізняються одна від одної складністю структури і функції, багато біологічні процеси протікають у них практично однаково. Тому вивчати їх зручно на більш простих істот. Вони то і стають живими моделями. Як приклад можна навести зоохлореллу, яка служить моделлю для вивчення обміну речовин; моделлю для дослідження внутрішньоклітинних процесів є гігантські рослинні та тваринні клітини і т.д.

Основний завданням біологічного моделювання є експериментальна перевірка гіпотез щодо структури та функції біологічних систем. сутність цього методу полягає в тому, що разом з оригіналом, тобто з якоюсь реальною системою, вивчається його штучно створене подобу - модель. У порівнянні з оригіналом модель звичайно спрощена, але властивості їх подібні. В іншому випадку отримані результати можуть виявитися недостовірними, не властивими оригіналу.

Залежно від особливостей оригіналу і задач дослідження застосовуються найрізноманітніші моделі

Реальні (натурні, аналогові) моделі, якщо такі вдається створити, відображають найістотніші риси оригіналу. Наприклад, акваріум може служити моделлю природного водойми. Однак створення реальних моделей пов'язане з великими технічними труднощами, так як поки що не вдається досягти точного відтворення оригіналу.

Знакова модель являє собою умовне відображення оригіналу за допомогою математичних висловів чи подібного опису.

Найбільше поширення в сучасних екологічних дослідженнях отримали концептуальниеі математичні моделі і їх численні різновиди. Різновиди концептуальних моделей характеризуються докладним описом системи (науковий текст, схема системи, таблиці, графіки і т.д.). Математичні моделі є більш ефективним методом вивчення екологічних систем, особливо при визначенні кількісних показників. Математичні символи, наприклад, дозволяють стисло описати складні екологічні системи, а рівняння дають можливість формально визначити взаємодії різних їх компонентів.

Для отримання нових фактів та формування гіпотез і теорій сучасна екологія використовує різноманітні наукові методи. Їх можна поділити на 2 великі групи – емпіричні та теоретичні. У випадку застосування емпіричних методів екологи працюють із природними об’єктами, визначаючи їх властивості. До таких методів відносять спостереження та експеримент. У ході спостереження дослідник лише реєструє хід природних процесів, не втручаючись у нього. А у ході експерименту дослідник активно втручається у природні процеси. Він штучно формує умови, в яких відбувається експеримент.

У разі теоретичних методів дослідження вчені не працюють з об’єктом дослідження безпосередньо. Вони досліджують фізичні чи математичні моделі природних об’єктів. У теоретичних методах виділяють моделювання і математичну обробку даних (статистичний метод). Математична обробка даних відбувається після закінчення спостереження або експерименту.

Основою моделювання є створення певної теорії щодо тієї чи іншої біологічної системи, що містить правила, за якими відбуваються зміни в аналізованих біологічних системах. Після створення такої теорії задаються початкові параметри (тобто визначається початковий стан системи). Потім, зазвичай з використанням потужних комп’ютерів, робиться аналіз – як буде змінюватись система у випадку дії правил висунутої теорії. Результати співставляються з реальними фактами для існуючих біологічних систем. Якщо відхилення від природних процесів є незначними, то в теорію й модель вносять невеликі правки та продовжують дослідження. Якщо ж відхилення є суттєвими, то створену теорію відкидають і пропонують нову.

Моделювання широко використовується в тих ситуаціях, коли проведення реального експерименту неможливе. Так, наприклад, досліджують еволюційні процеси, зміни екосистем у планетарному масштабі тощо.

Моніто­ринг — це насамперед спостереження за тими чи іншими явищами і подіями. В Україні існує державна система моніторингу довкілля, до функцій якої входять спостереження, збирання, обробка, передаван­ня, збереження й аналіз інформації про стан довкілля, прогнозування його змін і розробка науково обгрунтованих рекомендацій щодо прийняття рішень про запобігання негативним змінам стану довкіл­ля і дотримання норм екологічної безпеки. Система моніторингу в Україні є складовою національної інформаційної інфраструктури, аналогічної системам інших країн.

2. Що таке екологічна ніша?

Екологічна ніша — термін в екології, що описує взаємовідносини виду або популяції з екосистемою, та їхнє в ній розташування^[1]. Більш лаконічним визначенням поняття може бути формулювання «спосіб життя організму». Екологічна ніша (як поняття) описує також як організм, популяція або вид відповідають на особливості розподілу ресурсів та/або конкурентів (тобто, скажімо, збільшуючи свою чисельність при надлишку ресурсів та відносно малій кількості хижаків, паразитів та патогенних факторів) та як ці суб'єкти, в свою чергу, впливають на аналогічні фактори (тобто, обмежують життєві ресурси для інших організмів, виступають в ролі харчового ресурсу для хижаків, і хижаком — для інших видів)^[2].

Різні параметри екологічної ніши представляють вплив різноманітних біотичних та абіотичних факторів. Ці фактори можуть включати в себе життєвий цикл організму, параметри його природного середовища, місце в харчовому ланцюзі та в харчовій піраміді, географічне розповсюдження тощо. Відповідно до принципа Гаузе, або принципу витіснення, ніякі два види не можуть займати одну і ту ж екологічну нішу в тому самому середовищі впродовж тривалого часу.

Різні види можуть займати однакові ніши, а один і той самий вид може займати різні екологічні ніши в географічно різних місцерозташуваннях. Так, наприклад, види, що населяють австралійські сухі рівнини (в основному великі сумчасті), займають однакову екологічну нішу з копитними, що населяють степи Євразії та прерії Північної Америки^[3].

Дата добавления: 2015-05-24