История развития экологии и предмет исследования

Определение предмета экологии, и ее место в системе наук ни изложить, ни понять без краткого обзора ее возникновения, развития и основных категорий.

Экология - относительно молодая наука. Появилась она немногим более ста лет назад. Как самостоятельная наука оформилась к 1900 году. Термин «экология» был введен в литературу в 1866 году немецким биологом-эволюционистом Эрнстом Геккелем.

Основы экологии можно найти в трудах многих выдающихся ученых прошлого века (Ж.-С. Ламарк, А. Гумбольд, А. Н. Северцов и др.).

Однако систематические экологические исследования были начаты только в начале 20 века.

Ретроспективный взгляд на становление экологии показывает, что уже при первых попытках обобщения опыта связей человека с природой многие естествоиспытатели в самых разных аспектах обращали внимание на взаимоотношения организмов и влияние на них среды.

Идея невозможности существования организмов помимо (вне) окружающей среды была четко сформулирована русским натуралистом К.Ф. Рулье (1851 г.) и французским натуралистом И. Жофруа Сент Иллером. К. Ф. Рулье и его ученик А. Н. Северцов были первыми экологами - биоценологами, уже понимавшими задачи биоценологических исследований.

К сожалению, их работы не были поняты современниками. Прошло много лет, прежде чем работы, подобные работам А. Н. Северцова и В. В. Докучаева привлекли внимание ученых-экологов.

Научной основой экологии послужила эволюционная теория развития Ч. Дарвина, исходя из которой организмы изучали в их неразрывной связи с окружающей средой.

Развитию экологии способствовали работы К. Мёбиуса, который ввел понятие БИОЦЕНОЗА, С. А. Форбса (1887 г.), предложившего для природного комплекса живых организмов и их абиотического окружения, рассматриваемого как целостную систему, специальный термин МИКРОКОСМ; К. Шретера, предложившего различать АУТЭКОЛОГИЮ(1896г.) и СИНЭКОЛОГИЮ (1902 г.).

Существенное значение для последующего развития экологии имели работы В. В. Докучаева (1846-1903 гг.) и его учеников Г. Ф. Морозова (1867-1930) и В. И. Вернадского (1863-1945), рассматривавших мир в функциональной взаимосвязи и с системных позиций.

На Украине учение Г. Ф. Морозова о лесных биоценозах успешно развивал П. С. Погребняк (1900-1976). Большой вклад в развитие зарубежной экологии сделал английский зоолог Ч. Элтон. Его книга «Экология животных» (1927 г. первое изд.) послужила толчком к дальнейшему развитию экологии, стала основным теоретическим руководством и сохранила свое значение и теперь, выдержав почти без изменений множество изданий.

В середине 20-х годов расширяются исследования объединений видов - развивается синэкология, развиваются законы динамики популяций.

В 1935 году английский ботаник А. Г. Тенсли вводит в экологию понятие ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ЭКОСИСТЕМЫ), охватывающее природное единство не только организмов, но и влияющих на них физических факторов, образующих среду БИОТЫ, т.е. место пребывания.

Выдающаяся роль в формировании современной отечественной экологии принадлежит Д. Н. Кошкарову, который, в частности, признавая деление экологии на аут- и синэкологию, в отличие от многих других ученых, одновременно указывал на неразрывную связь этих двух направлений.

Рост антропогенного влияния на биосферу как глобальную экосистему в период второй мировой войны и после нее послужил толчком к дальнейшему развитию экологии.

Появляется ряд работ (В. Н. Сукачев, 1947; Ю. Одум, 1963; Р. Дажо, 1975; Н. В. Дытес, 1978; Р. Рифлекс, 1979; В. П. Федоров, Т. Г. Гильманов, 1980; М. А. Голубец, 1982 и др.), в которых изложены теоретические основы и практические задачи этой науки.

Американский ученый-эколог Ю. Одум определяет экологию как науку о структуре и функциях природы, причем человечество рассматривается как часть природы.

Некоторые авторы расширяют круг научных проблем, которыми должна заниматься экология, и охватывают ими взаимодействие общества с природой (Шварц, 1973). Эту проблему должна решать социальная экология.

ПРЕДМЕТОМ изучения экологии являются условия и закономерности существования, формирования и функционирования биологических систем всех уровней - от отдельного организма до биосферы в целом и их взаимосвязь с внешними условиями, а также общие законы развития экосистем различных иерархических уровней.

Таким образом, хотя экология относительно молодая научная дисциплина, в ее развитии различают несколько фаз:

1 - Изучение среды обитания отдельных видов.

2 - Изучение экологической системы.

3 - Изучение взаимовлияний экологических систем.

4 - Изучение биосферы.

5 - Изучение человека в биосфере.

Развитие экологии началось с изучения среды, в которой обитают определенные виды, с изучением их отношений, симбиоза, отношений с другими видами. Это первая фаза в развитии экологии. В 20-30е годыполучает развитие исследование популяций, появляется понятие экосистемы как основной единицы изучения в экологии.

Во второй фазе развития экология сосредотачивается на изучении экосистем как функциональных природных образований, представляющих собой саморегулирующиеся системы с обратными связями, включающие сообщества живых организмов - растений, животных и окружающую их природную среду, с которой они находятся в постоянной взаимосвязи.

В третьей фазе своего развития экологические исследования направлены на изучение взаимодействия экосистем, которые все вместе составляют единое целое - биосферу.

Изучение биосферы - это четвертая фаза в развитии экологии.

Биосфера представляет собой среду обитания всех живых организмов и человека и вместе с тем она представляет единство всех экосистем на Земле, где они все связаны в единую систему с едиными законами.

В биосфере происходит круговорот материи через пищевые цепи.

В пятой фазе своего развития экология изучает положение человека в биосфере, его связи с экологическими системами и меры воздействия.

В процессе природопользования человек изменяет окружающую его среду, причем эти изменения зачастую носят непреднамеренно негативный характер и могут иметь неблагоприятные последствия в ближайшем и отдаленном будущем.

В орбиту человеческой деятельности вовлекаются все более расширяющийся спектр процессов, явлений и веществ природы, которые к тому же используются с нарастающей интенсивностью.

Особенно остро проблема взаимодействия человека и природы стала в последние 20 лет, когда в результате НТР масштабы хозяйственной деятельности человеческого общества стали сопоставимы по воздействию с процессами, происходящими в самой природе.

Хотя в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии как биологической науки об отношении живых организмов с окружающей их средой, сегодня экология уже вышла из ее рамок, сформировавшись в новую интегральную науку, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками, состоящую из ряда научных отраслей и дисциплин, подчас далеких от понимания экологии как биологической науки: экология глобальная, экология общая, экология промышленная (инженерная), экология человека, биоэкология, социальная экология, экология космическая, динамическая экология и т.д.

Предметом изучения общей экологии являются структура и общие законы функционирования экосистем (естественных и антропогенных) всех иерархических уровней, независимо от их размера и размещения.

Понятие экосистемы может включать и техногенные образования, например, экосистема поселка, города, промышленного комплекса, космического корабля и т.д.

Промышленная (инженерная) экология занимается изучением проблем воздействия промышленного производства на окружающую природную среду.

4.Основные экологические понятия и термины.

Экология (от греч. oikos - дом, жилище, местопребывание и logos - учение, наука) - наука об отношении растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин «экология» предложен в 1866 г. Эрнстом Геккелем, немецким биологом-эволюционистом. Объектом экологии могут быть популяции организмов, виды сообществ, экосистемы и биосфера в целом. В 20 веке в связи с усилившимся воздействием человека на природу экология приобрела особое значение как научная основа рационального природопользования и охраны живых организмов. С 70-х годов 20 века складывается экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы ее охраны; включает различные философские, социальные, экономические, географические и другие аспекты. В этом смысле говорят об «экологизации» современной науки.

Основной (элементарной) функциональной единицей в экологии является ЭКОСИСТЕМА. Экосистема - это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и их средой обитания, в котором все компоненты связаны обменом веществ и энергии. Например: экосистема леса, экосистема озера, экосистема пня, экосистема моря. Термин «экосистема» предложен А. Тенсли в 1935 г.

Экосистема характеризуется видовым составом и численностью организмов в ней, то есть особенностями популяции. ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность живых организмов одного вида (имеющих одинаковый генофонд), обитающих на общей территории на протяжении многих поколений.

Часто экосистему отождествляют с биогеоценозом, но экосистема - понятие более общее. БИОГЕОЦЕНОЗ (от лат. bios - жизнь, geo - Земля, cenos - общий) - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и неживых компонентов, объединенных в единую систему обменом веществ и энергии.

Компоненты биогеоценоза - биотоп и биоценоз.

БИОТОП - однородное по абиотическим факторам пространство среды, занятое биоценозом.

БИОЦЕНОЗ - объединение совместно проживающих живых организмов. Понятие «биоценоз» - условное, поскольку вне среды обитания организмы жить не могут, но им удобно пользоваться в процессе изучения экологических связей между организмами.

СРЕДА ОБИТАНИЯ - всё живое и неживое, что окружает организмы и с чем они непосредственно взаимодействуют.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ - элементы среды обитания, влияющие на существование и развитие организмов и на которые живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает смерть).

Выделяют три основные группы экологических факторов:

1) Абиотические (от греч. а - затрудняющий, biotikos - живой) - совокупность неорганических условий среды обитания (неживая природная среда), включающая в себя факторы:

-химические (состав воздуха, воды, почвы и т.д.);

-физические (температура, свет, влажность, давление и т.п.).

2) Биотические - формы взаимодействий и взаимоотношений живых организмов (например, один организм является пищей для других).

3) Антропогенные - формы деятельности человека, которые оказывают воздействие на живые организмы непосредственно или косвенно (за счет изменения среды обитания).

На жизнедеятельность организмов негативно влияет как недостаток, так и избыток уровней действия окружающих факторов (закон оптимума) (рис.1.1).

Одни и те же экологические факторы по-разному влияют на организмы разных видов, живущих вместе. Для одних они могут быть благоприятными, для других - нет. Важным элементом является реакция организмов на интенсивность действия экологического фактора, негативное действие которого может возникать в случае избытка или недостатка дозы. Поэтому существует понятие «благоприятная доза» или зона оптимума фактора и зона пессимума (доза фактора, при которой организм находится в угнетенном состоянии).

Величина зон оптимума и пессимумов является критерием для определения устойчивости и приспособления организма к данному экологическому фактору. Эти свойства получили название экологической валентности. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ - способность живого организма приспосабливаться к изменению условий среды обитания.

Согласно закону толерантности* (В. Шелфорд, 1913 г.) «Существование вида зависит как от недостатка так и от избытка какого-либо из факторов, которые имеют уровень, близкий к границе устойчивости данного организма».

Особенно важное значение имеют ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ или ЛИМИТИРУЮЩИЕ факторы, под которыми понимаются факторы, уровень которых приближается к границе устойчивости организма или его превышает.

Экологическая валентность разных видов может быть очень разной (северный олень выдерживает колебания температуры воздуха от -55⁰С до +25-30⁰С, а тропические кораллы погибают уже при изменении температуры воды на 5-6⁰С). Согласно экологической валентности организмы делят на стенобионты (от греч. stenos - узкий) - с малой приспособляемостью к изменениям среды обитания (орхидеи, форель, глубоководные рыбы) и эврибионты (от греч. eurys - широкий) с большой приспособляемостью к изменениям (колорадский жук, мыши, крысы, волки, пырей).

Уровень восприятия фактора  

Рис. 1.1 Иллюстрация закона оптимума

Наиболее распространены организмы с широким диапазоном толерантности по отношению ко всем экологическим факторам. Наивысшая толерантность характерна для бактерий и сине-зеленых водорослей, выживающих в широком диапазоне температур, радиации, солености, рН.

Исключительно важное значение в экологии имеет закон ВНУТРЕННЕГО ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ - вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии* взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

Закон имеет целый ряд следствий:

1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистем) неизменно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.

2. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергии, газов, жидкостей, субстратов, организмов, продуцентов, консументов и редуцентов), информации и динамических качеств природных систем количественно не линейно, т.е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других (и во всей системе в целом).

3. Производимые в крупных экосистемах перемены относительно необратимы. Проходя по иерархии снизу вверх - от места воздействия до биосферы в целом, - они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень.

4. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений. Искусственный рост эколого-экономического потенциала ограничен термодинамической устойчивостью природных систем.

* иерархия - расположение и функциональное соподчинение элементов целого в порядке от высшего к низшему или наоборот.

Закон внутреннего динамического равновесия - одно из узловых положений в природопользовании. Пока изменения среды слабы и произведены на относительно небольшой площади, они или ограничиваются конкретным местом, или «гаснут» в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достигают существенных значений для крупных экосистем, они приводят к существенным сдвигам в этих обширных природных образованиях, а через них, согласно 2-му следствию, и во всей биосфере Земли. Будучи относительно необратимыми (3-е следствие), изменения в природе в конечном счете оказываются и труднонейтрализуемыми с социально-экономической точки зрения: их выправление требует больших материальных средств и физических усилий.

Сдвигая динамически равновесное состояние природных систем с помощью значительных вложений энергии (например, путем распашки и других агротехнических приемов), люди нарушают соотношение экологических компонентов, достигая увеличения полезной продукции (урожая) или состояния среды, благоприятного для жизни и деятельности человека. Если эти сдвиги «гаснут» в иерархии природных систем и не вызывают термодинамического разлада в данной природной системе, положение благоприятно. Однако излишнее вложение энергии и возникающий в результате вещественно-энергетический разлад ведут к снижению природно-ресурсного потенциала вплоть до опустынивания территории, происходящего без компенсации: вместо цветущих садов возникают пустыни.

Закон внутреннего динамического равновесия показывает, что человек в своем безудержном преобразовании природы должен быть крайне осторожен и предусмотрителен.

Рассмотренные выше термины, понятия и законы составляют лишь небольшую часть их, действующих в экологии. О некоторых других речь пойдет в следующих темах данного курса.

Тема 2. Биосфера.

Цель лекции: дать представление о структуре биосферы, ввести основные биосферные понятия и определения, ознакомить с экосистемами и основными процессами, происходящими в них, дать понятия о пищевых цепях и экологических пирамидах.

Дата добавления: 2014-01-05