Основные этапы развития экологии

Хотя термин «экология» предложил Геккель, он не только не был основателем этой науки, но и не внес в ее развитие практически никакого вклада. Основами экологических знаний люди располагали еще в глубокой древности. Первобытным людям чтобы выжить необходимы были определенные знания об окружающем их мире - природных явлениях, образе жизни и распространении охотничьих животных, местах произрастания съедобных растений и т.д.

Определенные экологические сведения можно найти уже в естественно-научных трудах античных ученых, особенно у Аристотеля – основателя научной зоологии и Теофраста – основателя научной ботаники (IV век до н.э.). Например, в своем труде «История животных» Аристотель описывает различные виды хищных животных и их отношения со своими жертвами. В частности, он указывает на значении хищников – лисы и хоря в сдерживании роста численности мышевидных грызунов.

В Средние века в Западной Европе можно выделить странствующего монаха Франциска Ассизского (XIII век), основателя ордена францисканцев, после смерти объявленного Ватиканом святым. В его проповедях можно при желании увидеть призывы к охране природы; как например, его высказывание «Всякое дыхание существует на Земле по праву». Поэтому ряд ученых рассматривает Франциска Ассизского, как первого эколога и даже предлагают считать его небесным покровителем экологии и всех экологов.

Однако основы экологических представлений в современном понимании этого термина начали закладываться гораздо позднее, в XVIII веке, названном Веком Просвещения.

На рубеже XVII и XVIII веков голландский ученый Антон ван Левенгук впервые применил микроскоп для изучения мельчайших живых организмов. Он сформулировал первые достаточно четкие представления о пищевых цепях в сообществах живых существ и механизмах регуляции их численности. Сейчас эти понятия относятся к числу центральных в экологии.

В трудах германского географа и натуралиста Александра Гумбольдта (XVIII – XIX вв.) заложены основы представлений о природной среде, как о целостном комплексе, объединяющем живые и неживые компоненты

В 1840 году германский химик и агроном Юстус Либих достаточно четко сформулировал понятия о факторах внешей среды и лимитирующих факторах. Значительный вклад в исследования закономерностей влияния внешних факторов на живые организмы в начале 20 века внес американский ученый Шелфорд.

В главном труде Ч. Дарвина «Происхождение видов» многие примеры, использованные для доказательства существования естественного отбора в природе, являются отношениями типа «хищник – жертва» и «паразит – хозяин», в формулировке Дарвина – между «эксплуатируемыми» и «эксплуатирующими» видами. Важное значение для становления экологии имели и другие работы Дарвина, например, «Роль дождевых червей в формировании почвы».

Важным шагом на пути к описанию целостных природных комплексов можно считать труды немецкого ученого К. Мёбиуса (1877). Он, вероятно, первым рассмотрел природный комплекс живых организмов (на примере устричной банки) и их абиотического окружения в качестве целостной системы, которую назвал «биоценоз».

В 1880 г. германский зоолог Карл Земпер, опубликовав книгу «Воздействие естественных условий существования на жизнь животных», стал основателем экологии животных и такого его направления, как экология отдельных особей, или аутэкологии.

Большое значение для популяризации экологических знаний имело появление в конце XIX века многотомного труда немецкого зоолога Августа Брема «Жизнь животных».

Основателями экологии растений считаются германский ботаник Август Гризебах и особенно датский ботаник Евгений Варминг, который в 1895 г. опубликовал книгу «Руководство по экологической географии растений».

В тот же период швейцарский ученый Франсуа Форель провел комплексное изучение Женевского озера, определив его географические, физические и химические особенности и их влияние на обитающих в нем живых организмов. По существу эта работа стала первым исследованием природной экосистемы, как единого целого (хотя самого термина «экосистема» в тот период еще не существовала). Таким образом, Форель положил начало другой важнейшей ветви экологии – синэкологии, изучающей экосистемы.

Форель предложил термин «лимнология», как науки, которая изучает экологию континентальных водоемов. В настоящее время наряду с ним широко используются термины «гидробиология» и «гидроэкология».

Важным теоретическим обобщением экологии явилось понятие об «экологической нише». Считается, что впервые этот термин использовал Р. Джонсон в 1910 г., однако сходные представления «о функциональной роли вида в экономике природы» можно встретить еще у Дарвина.

Широкое использование этого термина началось после опубликования в 1917 г. работы Дж. Гринелла, в которой описывались условия существования калифорнийского пересмешника в чаппарали. В 1957 г. Х. Хатчинсон значительно конкретизировал представления об экологической нише, как о многомерном гиперобъеме объеме.

Тем не менее, на рубеже XIX и XX веков термин «экология» был известен лишь очень узкому кругу специалистов. Тогда экологию считали лишь одним из разделов зоологии и ботаники, изучающим, преимущественно, влияние факторов внешней среды (сезонные явления, климатические условия и т.д.) на поведение и жизненные циклы животных и растений.

Экология как самостоятельная наука начала формироваться в 1920 - 40 годы, а полностью этот процесс завершился лишь к 1960 годам.

В начале этого периода внимание всего научного мира привлекло учение русского геохимика В.И. Вернадского о Биосфере Земли (1926 г.). Оно стало одним из крупнейших философских обобщений ХХ века. В нем впервые было четко обращено внимание на влияние жизни на абиотическую среду.

Приблизительно в то же время (1927 г.) французы Э. Леруа и Пьер Терьяр де Шарден предложили термин «ноосфера», т.е «сфрера разума». В их представлении ноосфера – особый наобиосферный мыслящий пласт, который окутывет всю Землю. Напротив, В.И. Вернадский понимал этот термин как будущую форму взаимодействия Биосферы и человека общества, основанную на разумных началах в интересах всего человечества.

Конечно, в настоящее время отношения человечества и Биосферы еще очень далеки от разумных. Поэтому сейчас предпочитают говорить о техносфере.

В эти же годы сформировались представления о популяциях живых организмов. Было выяснено, что основными элементами экологических систем являются не отдельные особи, а популяции, в которых происходят процессы воспроизводства и адаптации к факторам среды. Большой вклад в становление популяционной экологии внес английский ученый Элтон.

Были начаты исследования изменений численности популяций под воздействием факторов внешней среды. Появились представления о типах роста численности популяций, емкости среды и т.д. В настоящее время популяционная экология тесно связана с генетикой и фенетикой популяций.

Интенсивно изучались отношения между отдельными видами в экосистемах. Важнейшее значение в этом процессе имела разработка концепции межвидовых взаимоотношений в системе «хищник – жертва», которую независимо друг от друга выполнили математики Альфред Лотка и Вито Вольтерра в 1925 - 1926 годах. В ней проанализировано сопряженное изменение численности хищника (рыси) и ее жертвы (зайца) в таежных лесах Канады. Она стала по существу первой математической моделью биологических процессов.

В 1936 году английский эколог Тэнсли ввел само понятие «экологическая система», которое стало центральным в экологических исследованиях. В 1944 г. русский ботаник Н. Сукачев ввел близкое, но значительно более конкретное понятие «биогеоценоз».

Еще одним крупнейшим достижением в становлении экологии как самостоятельной науки стала разработка концепции трансформации вещества и энергии в экологических системах. Ее впервые в целостном виде представил шведский ученый Раймонд Линдеман в 1942 году. Она позволила рассмотреть многие процессы, происходящие в экологических системах с единых энергетических позиций, привести к общему энергетическому знаменателю процессы, происходящие в живой и неживой природе. Это дало возможность моделировать процессы трансформации вещества и энергии в экосистемах, определить их продуктивность.

В последующие годы это направление, получившее название «экологическая биоэнергетика», интенсивно разрабатывали многочисленные ученые во всем мире. Среди них необходимо особо выделить американских ученых Гарольда и Юджина Одумов и русского ученого Г. Г. Винберга.

На протяжении более 20 лет, начиная с 1945 года, Г. Г. Винберг работал в Беларуси – в БГУ и на биологической станции на озере Нарочь. Он внес огромный вклад в становление и развитие белорусской школы гидробиологии, продукционной экологии и экологической биоэнергетики, которая на протяжении длительного времени занимала лидирующее положение в мировой гидроэкологической науке. Нарочь сейчас является одним из самых изученных озер в мире.

Вершиной развития экологической биоэнергетики стало выполнение под эгидой ЮНЕСКО в 1965 -- 75 годах Международной биологической программы (МБР). Ее целью стало определение биологической продуктивности всех важнейших регионов Земли и Биосферы в целом.

Были разработаны многочисленные модели функционирования экологических систем, в основу которых были положены представления о потоках энергии по трофическим цепям.

С 1975 г. под эгидой ЮНЕСКО выполняется новая международная программа «Человек и Биосфера», по-английски М&B, т.е. “ Man and Biosphere ”. Она охватывает гораздо более широкий круг вопросов и не ограничена временными рамками.

Однако со временем становилось все более очевидным, что оставаясь только в рамках экологической биоэнергетики, нельзя полностью объяснить и прогнозировать поведение экологических систем. Многие связи в этих системах между отдельными особями и целыми популяциями не носят энергетического характера (т.е. происходят не в трофических цепях по типу «хищник – жертва»).

Большое значение для регуляторных механизмов в экосистемах имеет внутривидовая и межвидовая конкуренция, регуляция через выделяемые организмами метаболиты, феромоны, развитие социальной структуры в отдельных популяциях и т.д.

Оказалось, что в экосистемах популяциях имеет место не только круговорот вещества и поток энергии, но и поток информации, который имеет не меньшее значение в функционировании экосистем.

Еще одним важнейшим теоретическим обобщением современной экологии является разработка концепции стратегии жизненных циклов. Всеобщую известность эта концепция приобрела в 1967 г. после выхода работы американских экологов Р. Макартура и Е. Уилсона. Однако еще в 1939 г. аналогичные представления развивал русский геоботаник Л.Г. Раменский для характеристики различных экологических групп растений.

Макартур также явился основоположником нового направления в экологической биогеографии – остновной биогеографии.

С начала 1960 годов экология вступила в новую стадию своего развития, для которой характерен быстрый рост специалистов, вовлеченных в эту сферу. Это было обусловлено тем, что мировая общественность начала осознавать опасность все возрастающего влияния человека на природную среду. Это выявило первостепенное прикладное значение экологии как научной основы для разработки общей стратегии охраны природы и разработки природоохранных мероприятий.

Протокол Рио-де-Жанейро 1992 г. о сохранении биологического разнообразия Биосферы.

Основные подразделения экологии

Экологию, как биологическую науку обычно подразделяют на аутэкологию и синэкологию. Объектами изучения аутэкологии являются отдельные особи, популяции или виды живых организмов. Раздел аутэкологии, изучающий популяции, называют популяционной экологией.

По объектам изучения выделяют экологию животных (млекопитающих, птиц, насекомых и др.), экологию растений, экологию микроорганизмов и т.д.

В своем первоначальном понимании, экология является наукой о закономерностях отношения организма и среды, т.е. исключительно биологической наукой, такой как ботаника, зоология, физиология и т.д. Одной из основных задач экологии является изучение механизмов приспособления, или адаптации организмов к условиям среды, в которой они обитают.

Эти адаптации происходят на самых различных уровнях организации живых систем - от клеточных до популяционных. Поэтому выделяют экологическую физиологию, экологическую биохимию, экологическую генетику.

Объектами изучения синэкологии являются совокупности видов, или биоценозы, которые характерны для тех или иных участков Биосферы, или экосистем, взаимоотношения этих видов между собой и со средой обитания. Выделяют экологию суши, экологию водоемов (которую обычно называют гидробиологией или гидроэкологией ), экологию болот, пустынь, лесов, лугов и т.д.

В связи с бурным развитием экологии появились многочисленные другие подразделения экологии. Многие из них же не являются число биологическими науками, а находятся на стыке экологии и других наук, в первую очередь с медициной, географией, химией и т.д. (экология ландшафтов, экология городов, инженерная экология).

Большую актуальность приобрели разделы экологии, изучающие воздействие различных аспектов деятельности человека (изменение ландшафтов, загрязнение и т.д.) на живые организмы. В условиях Беларуси особое значение приобрела радиационная экология, предметом которой является исследование воздействий радиоактивного загрязнения (последствия аварии на Чернобыльской АЭС) на живые организмы, в том числе человека.

В самое последние время достаточно быстро идет становление принципиально новых отраслей экологии. Одна из их экзоэкология, которая имеет два важнейших направления – изучение влияния факторов космической среды на земные организмы и изучение экологических условий на других планетах, потенциально природных для жизни. Ее перспективным направлением может стать изучение внеземных экологии внеземных организмов и экосистем других планет.

Заявление об открытии “марсианских бактерий” в метеорите ALH 84001 впервые сделали в 1996 г. американские геохимики Эверетт Гибсон и Дэвид Маккей из Научно-исследовательского центра НАСА имени Линдона Джонстона. Этот метеорит весом 1,9 кг был найден в 1984 г. в вечных льдах Антарктиды. Предполагается, что с поверхности Марса он был выбит в космическое пространство около 3 миллиарда лет назад в результате огромного взрыва, вызванного падением на Марс крупного метеорита. На Землю “марсианский метеорит” он упал около 30 000 (по другим оценкам - 13 000) лет назад.

В нем обнаружены карбонатные шарики и гранулы магнетита (окись железа, обладающая магнитными свойствами), соединения серы и полициклические ароматические углеводороды. Эти соединения, по мнению Э. Гибсона и Д. Маккея, могли образоваться только в живых существах. Например, гранулы магнетита встречаются в некоторых земных бактериях.

Тем не менее, большинство специалистов не разделяет этого мнения, они считают, что эти образования возникли небиологическим путем, в результате химических реакций, например, под влиянием высоких температур.

Быстро развивается экстремальная экология, или наука об экосистемах, сформировавшихся в экстремальных условиях среды. В 1980 г. были открыты экосистемы, сформировавшиеся на дне океанов вблизи гидротермальных источников, открытые в 1980 гг. Совсем недавно были обнаружены бактерии, обтающие в тверных геологических породах на глубинах до 3-4 км. Открытие подобных экосистем и обитающих в них организмов коренным образом изменило представления о пределах устойчивости земных организмов к факторам среды, возникновении жизни на Земле, о возможности жизни на других планетах.

Много говорят об экологии человека. Это вполне правомерно, поскольку человек не только социальное существо, но и биологический вид Homo sapiens. Экология человека находится на стыке биологических и социальных наук, поскольку взаимоотношение человека и среды в значительной степени определяют социальные факторы. Характеризуя, например, механизмы адаптации человека к среде обитания, нужно иметь в виду не только ее биологические и медицинские аспекты, но также и ее социальные аспекты.

Биологические аспекты адаптации человека к среде изучают экологическая медицина, экологическая генетика и др. Социальные аспекты адаптации являются предметом общественных наук.

Более неопределенно положение социальной экологии

В связи с необходимостью правовой регламентации деятельности различных аспектов деятельности человека с целью уменьшения ее отрицательного воздействия на окружающую среду возникла новая область юриспруденции – экологическое право.

Поскольку популярность экологии стала стремительно возрастать, это сопровождалось невероятным расширением представлений о предмете экологии. Многие ученые, прежде всего философы, сейчас рассматривают экологию как метанауку, равную по статусу биологии, физике, химии, философии и т.д. Ее предметом они считают изучение всей совокупности связей и взаимоотношений объекта, или системы (как правило, живой или имеющей живую компоненту) с окружающей его средой. Этим объектом, который принимается за центральный в этих отношениях, может быть, например, и отдельное промышленное предприятие и целый город.

Науку, изучающую отношения организмов (исключая человека) и их сообществ со средой (или экологию в своем первоначальном смысле), эти ученые предлагают назвать биоэкологией. Для всей «метанауки» экологии предлагались различные названия, например «энвайронментология », «мегаэкология», «панэкология» и другие.

Американский эколог Э. Макфедьен в 1965 г. говорил «Приходится признать, что эколог – это некто вроде дипломированного вольнодумца. Он самовольно бродит по законным владениям ботаника и зоолога, систематика, зоопсихолога, метеоролога, геолога, физика, химика и даже социолога; он браконьерствует во всех названных и во многих других уже сложившихся и почтенных дисциплинах. Ограничить сферу деятельности эколога - действительно важная проблема, и в ее разрешении заинтересованы прежде всего сами экологи».

Поэтому неправомерно чрезмерно расширять сферу употребления понятия «экология». Например, в среде ученых-гуманитариев и деятелей культуры в последние годы начали часто употребляться такие термины как "экология культуры", "экология языка", "экология морали", «экология души» и т.д. Как правило, эти термины используются в метафорическом смысле, за ними не стоит почти никакого реального содержания.

Неправильно также отождествлять экологию и охрану природы, экологию и состояние природной среды. Охрана природы - эта одна из сторон практической деятельности человека, наряду с промышленностью, сельским хозяйством, здравоохранением и т.д. Как и любая другая сфера деятельности, она использует достижения самых разных наук, в том числе (а часто, и в первую очередь) экологии, но сама экологией (то есть наукой) от этого не становится.

Неверно поэтому говорить "в городе N плохая экология", нужно просто сказать "в городе N плохое состояние окружающей среды".

Дата добавления: 2014-01-07