Содержание
Определение экологии
Основные разделы
Организм и среда
Практическое значение экологии
Законы экологии
Определение экологии
Экология — это наука овзаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганическойприродой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционированииэтих систем.
Экология как наукасформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как былинакоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях ихобраза жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов,но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определеннымзакономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.
Термин «экология»ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель, который в своих трудах «Всеобщаяморфология организмов» и «Естественная история миротворения»впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология»происходит от греческого «oikos», что означает «жилище», «местопребывание»,«убежище».
Основные разделы
Экология подразделяетсяна:
- общую экологию,исследующую основные принципы организации и функционирования различныхнадорганизменных систем;
- частную экологию,сфера которой ограничена изучением конкретных групп определенноготаксономического ранга.
Общая экологияклассифицируется по уровням организации надорганизменных систем:
- популяционнаяэкология (иногда называется демэкологией, или экологией населения) изучаетпопуляции — совокупности особей одного вида, объединяемых общей территорией и генофондом.
- экологиясообществ (или биоценология) исследует структуру и динамику природных сообществ(или ценозов) — совокупностей совместно обитающих популяций разных видов.
- биогеоценология —раздел общей экологии, изучающий экосистемы (биогеоценозы).
Экосистема – этосообщество живых организмов и среды обитания, составляющее единое целое на основепищевых связей и способов получения энергии. А биогеоценоз – это устойчивая,саморегулирующаяся, пространственно ограниченная природная система, в которойфункционально взаимосвязаны живые организмы и окружающая их абиотическая среда.
Частная экология состоитиз экологии растений и экологии животных. Сравнительно недавно оформиласьэкология бактерий и грибов. Правомерно и более дробное деление частной экологии(например, экология позвоночных, млекопитающих, зайца-беляка ит.п.).
Относительно принципов деленияэкологии на общую и частную нет единства во взглядах ученых. По мнениюнекоторых исследователей, центральный объект экологии — экосистема, а предметчастной экологии отражает подразделение экосистем (например, на наземные иводные; водные подразделяются на морские и пресноводные экосистемы;пресноводные экосистемы, в свою очередь, — на экосистемы рек, озер,водохранилищ ит.д.). Экологию водных организмов и образуемых ими систем изучаетгидробиология.
Применяется и делениеэкологии на:
- аутоэкологию,исследующую взаимоотношения отдельных видов со средой (главным образом сабиотическими факторами);
- синэкологию,изучающую сообщества и биогеоценозы.
Это деление предложеношвейцарским ботаником К. Шретером. Популяционная экология связывает оба этираздела.
Многие отрасли экологииимеют ярко выраженную практическую направленность. Такова сельскохозяйственнаяэкология, предмет которой — создаваемые человеком сельскохозяйственныеэкосистемы.
Влияние природной средына человеческое общество, особенности урбанизированных биогеоценозов изучаетвозникшая в середине 20 в. экология человека. Возросшая опасностьрадиоактивного загрязнения окружающей среды привела к возникновению радиоэкологии.Учение о биосфере разрабатывается в особенно тесном контакте с биогеохимией.Отношения организмов к абиотической и биотической среде в прошлые геологическойэпохи, проблемы реконструкции древних ценозов по ископаемым остаткам составляютпредмет палеоэкологии.
Организм и среда
Основная задача экологиив настоящее время — детальное изучение количественными методами среды обитанияразличных организмов.
Среда обитания — это тачасть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственновзаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы.Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянноприспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с егоизменениями.
На нашейпланете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильноразличающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которойвозникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладелиназемно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфическойсредой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собойцелый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.
Приспособленияорганизмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям — одно изосновных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность еесуществования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптациипроявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельныхорганизмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем.Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.
Отдельныесвойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называютсяэкологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимыили, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствоватьвыживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и спецификудействия. Экологические факторы делятся на биотические, абиотические иантропогенные.
1)Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждыйорганизм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние другихсуществ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов —растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на нихвоздействие. Окружающий органический мир — составная часть среды каждого живогосущества.
Взаимныесвязи организмов — основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение ихотносится к области синэкологии.
2)Абиотические факторы — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Кним относятся физические и химические факторы.
Физическиефакторы неживой природы:
- космические —космическая пыль, метеоритное вещество, астероиды, вещества и волны />галактического пространства, циклические изменениясолнечной активности;
- климатические —лучистая энергия Солнца, приход и перераспределение, поглоще-ние, отражение(альбедо) солнечной энергии в разных районах земного шара, прозрачность атмосферы,освещенность земной поверхности, продолжительность светового дня, влажностьвоздуха, атмосферные осадки, движение воздушных масс (ветер);
- почвенные;
- орографические(геоморфологические) факторы. Геоморфология — наука о рельефе. Рельеф местностиможет значительно влиять на микроклиматические и почвенные факторы (например,горы, ущелья, каньоны, низины и т.д.);
- геологические.
Абиотическиефакторы водной среды включают плотность, вязкость, теплоемкость, соленость,прозрачность, кислотность, растворенные газы, подвижность, температурнуюстратификацию (градиент), температурный режим.
Кхимическим факторам неживой природы принадлежат компоненты воздуха, воды,кислотность (рН) и другие примеси промышленного происхождения.
3)Антропогенные факторы — это формы деятельности человеческого общества, которыеприводят к изменению природы как среды обитания других видов илинепосредственно сказываются на их жизни. В ходе истории человечества развитиесначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильноизменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весьживой мир Земли продолжает стремительно возрастать.
Хотячеловек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов ибиотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять вособую силу, не укладывающуюся в рамки классификации. В настоящее времяпрактически вся судьба живого покрова Земли и всех видов организмов находится вруках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.
Экологическиефакторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могутвлиять:
- как раздражители,вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;
- как ограничители,обусловливающие невозможность существования в данных условиях;
- как модификаторы,вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов;
- как сигналы,свидетельствующие об изменениях других факторов среды.
Практическое значениеэкологии
На современном этаперазвития человеческого общества, когда в результате научно-техническойреволюции усилилось его воздействие на биосферу, практическое значение экологиинеобычайно возросло. Экология должна служить научной базой любых мероприятий поиспользованию и охране природных ресурсов, по сохранению среды в благоприятномдля обитания человека состоянии. Познание основных принципов трансформациивещества и энергии в природных экосистемах создает теоретическую основу дляразработки практических мероприятий по увеличению количества и качества пищевыхпродуктов, производимых в биосфере. Исследования природных механизмов регуляциичисленности популяций служат основой планирования и разработки системмероприятий по управлению численностью экономически важных видов.
Экология служит теоретическойосновой для разработки мер по переходу от промысла диких видов растений иживотных к их культивированию и к другим формам более рационального ихиспользования. На данных экологии строится основное рациональное ведениерыболовства, рыбоводства и охотничьего хозяйства.
Экология изучаетвзаимодействие сельскохозяйственных и природных экосистем, сочетанияокультуренных и естественных ландшафтов. Одна из важнейших практических задачэкологии — изучение эвтрофикации внутренних водоемов, возникающего в результатенарушения их биологического и гидрохимического режима, приводящего кнеблагоприятным для человека последствиям: массовому развитию планктонныхсинезеленых водорослей («цветению воды»), исчезновению ценных породрыб, ухудшению качества воды. Разработка мер по охране и рациональномуиспользованию дикой природы, создание сети заповедников, заказников инациональных парков, планирование ландшафта также производятся порекомендациям, разрабатываемым экологами.
Законы и принципыэкологии
Как и любая наука,экология выявляет закономерности протекания изучаемых процессов и формулируетих в виде кратких логических и проверенных практикой положений — законов.
Основные законы экологии:
· Законнезаменимости биосферы: биосфера — это единственная система, обеспечивающаяустойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никакихоснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающихстабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.
· Закон биогенноймиграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земнойповерхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участииживого вещества — биогенная миграция.
· Закон физико-химическогоединства живого вещества: общебиосферный закон — живое веществофизико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов онинастолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично длядругих (например, загрязнители).
· Принцип Реди:живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существуетнепроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.
· Закон единства «организм– среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом иинформацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ееорганизмов.
· Законоднонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом иусваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передаетсяконсументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне;поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожноеколичество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговоротеэнергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потокомэнергии.
· Законнеобратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться кпрежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись всреду их обитания.
· Закон (правило)10 процентов Р. Линдемана: среднемаксимальный переход с одного трофическогоуровня экологической пирамиды на другой 10% энергии (или вещества вэнергетическом выражений), как правило, не ведет к неблагоприятным последствиямдля экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.
· Закон толерантности(В. Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может бытькак минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которымиопределяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
· Закон оптимума:любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния наживые организмы.
· Законограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот фактор,который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от негозависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимумеуправляется рост.
· Закон (принцип)исключения Гаузе: два вида не могут существовать в одной и той же местности,если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и туже экологическую нишу.
· «Законы»экологии Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться;3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром./>
Способность человекамыслить позволила ему временно преодолеть действие обычных лимитирующихфакторов. К ним относятся пища, вода, хищники и паразиты, место обитания иконкуренция с другими видами. Человек поддерживает собственное существование засчет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов, существенновлияя на планетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Возникший впроцессе производственной деятельности новый обмен веществ носит техногенныйхарактер и называется антропогенным обменом веществ. Но биологический обменвеществ между человеком и природой остается постоянным условием жизни.
Антропогенный обменвеществ принципиально отличается от биотического круговорота своейнезамкнутостью, носит открытый, линейный характер, то есть лишен «круговорота»жизни. На вводе антропогенного обмена веществ – природные ресурсы, а на выводе– производственные и бытовые отходы. Загрязнение окружающей среды подразделяютна природные, вызванные какими-то естественными, обычно катастрофическимипричинами (извержение вулкана, селевой поток и т.п.) и антропогенные,возникающие в результате деятельности человека.
Экологическоенесовершенство состоит и в том, что коэффициент полезного использованияприродных ресурсов очень низок и составляет, например, в отношении полезныхископаемых лишь 2-10%. Ресурсы быстро истощаются, население Земли растет (в1960 году население достигло 3 миллиардов человек, в 1975 – 4 миллиарда, в 1987– 5 миллиардов, в 1999 – 6 миллиардов человек). Вместе с тем, гигантские отходыпроизводства ухудшают среду обитания: они не разлагаются на исходные вещества,вновь поступающие в производство. В сложной иерархической организации живойприроды заложены огромные резервы саморегуляции, но для вскрытия этих резервовнеобходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Всюпроизводственную деятельность необходимо планировать со строгим учетомвозможных экологических последствий.
С учетом накопленныхпредшественниками знаний о фундаментальных законах природы современныеученые–экологи установили общие закономерности и принципы взаимодействиячеловеческого общества с природной средой, которые в литературе часто именуютсязаконами экологии. Значение этих законов состоит в регламентации характера инаправленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня.Среди законов экологии, сформулированных разными авторами, наибольшуюизвестность благодаря ярким формулировкам получили четыре закона-афоризма(закона-поговорки) американского ученого-эколога Б.Коммонера (1974 г.):
все связано со всем (овсеобщей связи вещей и явлений в природе);
все должно куда-тодеваться (закон сохранения);
ничто не дается даром (оцене развития);
природа знает лучше (оглавном критерии эволюционного отбора).
Из закона всеобщей связи(«все связано со всем»)вытекает несколько следствий:
Закон больших чисел –совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату,почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так,мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую,относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормальногосуществования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большогочисла молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенныезначения температуры и давления.
Принцип Ле Шателье(Брауна)– при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивогоравновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнеговоздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в видеспособности экосистем к саморегуляции.
Закон оптимальности –любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерныхдля нее пространственно-временных пределах.
Любые системные измененияв природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека – отсостояния индивидуума до сложных общественных отношений.
Из закона сохранениямассы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшеймере два постулата, имеющих практическое значение:
Закон развития системы засчет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система можетразвиваться только за счет использования материально-энергетических иинформационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированноесаморазвитие невозможно.
Закон неустранимостиотходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся впроцессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могутбыть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, аих действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключаетпринципиальную возможность безотходного производства и потребления всовременном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы вдругую, оказывая влияние на жизнь.
Утверждение «ничтоне дается даром» означает, что любое новое приобретение в эволюцииэкосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достоянияи возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлениеммногоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу вомного раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологическихниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью»кживым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции,злокачественные опухоли, паразитизм.
Из этого закона следуют:
закон необратимостиэволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только водном направлении – от простого к сложному; инволюция, регресс могут относитьсятолько к отдельным частям или отдельным периодам развития системы;
правило ускоренияэволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Этоправило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюцииорганического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.
Еще одно следствие закона«ничто не дается даром» – не существует бесплатных ресурсов:пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они никазались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.
Б.Коммонер писал: "… глобальнаяэкосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не можетбыть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщегоулучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно бытьвозмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть толькоотсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка оченьзатянулась.".
Принцип «природазнает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметьместа в биосфере. Все в природе – от простых молекул до человека – прошложесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь однатысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерийэтого эволюционного отбора – вписанность в глобальный биотический круговорот,заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанногоорганизмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продуктыраспада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом,который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.
Человеческаяиндустриальная цивилизация грубо нарушает замкнутость биотического круговоротав глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критическойситуации должен быть найден компромисс, что под силу только человеку,обладающему разумом и стремлением к этому.
Помимо формулировокБ.Коммонера, современные экологи вывели еще один «закон» экологии – «навсех не хватит» (закон ограниченности ресурсов). Очевидно, что массапитательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограничена. Ее нехватает на всех появляющихся в биосфере представителей органического мира,поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальноммасштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массыдругих.
На противоречие междускоростью размножения и ограниченностью ресурсов питания применительно кнародонаселению планеты впервые обратил внимание английский экономист Т.Р.Мальтус(1798 г.), который именно этим пытался обосновать неизбежность социальнойконкуренции. В свою очередь Ч.Дарвин заимствовал у Мальтуса понятие «борьбаза существование» для объяснения механизма естественного отбора в живойприроде.
«На всех не хватит»– источник всех форм конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и, ксожалению, в обществе. И сколько бы ни считали классовую борьбу, расизм,межнациональные конфликты чисто социальными явлениями – все они своими корнямиуходят во внутривидовую конкуренцию, принимающую иногда гораздо более жестокиеформы, чем у животных. Существенное различие в том, что в природе в результатеконкурентной борьбы выживают лучшие, а в человеческом обществе – это отнюдь нетак.
Свою обобщеннуюклассификацию экологических законов представил известный советский ученыйН.Ф.Реймерс. Им даны следующие формулировки:
законсоциально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия междудавлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);
принцип культурногоуправления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учетэкологических ограничений);
правилосоциально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещениячеловеческих потребностей);
закон социально-экологическойнеобратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложныхформ к более простым);
закон ноосферыВ.И.Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли ичеловеческого труда в ноосферу – геосферу, в которой разум становитсядоминирующим в развитии системы человек–природа).
Соблюдение этих законоввозможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержаниястабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются только тевиды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды.Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшееразвитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации ичеловечества, создания более справедливой социальной системы, перехода отфилософии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущимпоколениям. Все это составляющие нового биосферного мировоззрения, котороедолжно стать общечеловеческим.
Список литературы
1. Гарин В.М.Экология для технических вузов: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2001.
2. Воронков Н. А.Экология. Общая, социальная, прикладная: Учеб. пособие. – М.: Агар, 1999.
3. Новиков Ю.В.Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие. – М: ФАИР-ПРЕСС, 1999.
4. Общая экология:Учеб. / Под ред. А. С. Степановских. – М.: ЮНИТИ, 2000.