Что такое наука экология. околоводные растения, наземно-водные

Святослав Горбунов Помнится, когда я был студентом первого курса, весьма уважаемый нами (до сих пор) преподаватель физики без тени сомнения внушал нам, что такой предмет, как экология, наукой являться не может, поскольку не порождает принципиально нового знания. Надо сказать, с ним было весьма трудно не согласиться. Ведь та метаморфоза, которая, к несчастью, произошла с этим многострадальным названием, к настоящему времени привела к полной неразберихе и смешению самых разных понятий. Если сегодня спросить человека на улице о том, как он представляет себе образ эколога и то, чем, собственно, занимается экология (и что это такое вообще), то можно получить массу самых разных и порой удивительных ответов. Кто-то скажет, что эталон эколога — это «зеленый активист», забравшийся в очередной раз на мост или приковавший себя к столетнему дубу, кто-то припомнит, что главной задачей экологии является поддержание должного качества окружающей нас среды: воды, воздуха и т. д. Многие перепутают экологию с состоянием окружающей среды, сказав, что та у нас совсем испортилась (такое я как-то раз услышал из уст профильного академика РАН, впрочем, скорее всего, он сказал это по недосмотру). Иногда даже встречаются столь интересные определения, как «экологические цвета» (в одежде) . И лишь ничтожно малая часть все-таки вспомнит, что экология — это наука, выросшая из недр биологии и являющаяся неотъемлемой ее частью. «Ctenophorae», иллюстрация из работы Э. Геккеля «Красота форм в природе» (1904) Именно как часть биологии экология воспринималась на протяжении большей части времени существования самого термина (а появился он впервые, как известно, с легкой руки Эрнста Геккеля в 1866 году). И лишь во второй половине XX века название благородной, но весьма узкой области знания, занимающейся, как определял еще сам Геккель, изучением «взаимоотношений организмов с окружающей их внешней средой» , стало непоправимо размываться. Да так, что позднее пришлось даже отдельно оговаривать, что́ все-таки мы понимаем теперь под этим термином. Можно долго дискутировать, является ли современная экология «сложной», «развитой» или даже «междисциплинарной» наукой, однако важно отметить тот факт, что большинство приверженцев «старой школы» определяют экологию как отрасль биологического знания, занимающуюся изучением надорганизменных живых систем . Ни больше ни меньше. А уж каковы по масштабам эти системы — популяции ли, сообщества или даже вся биосфера как глобальная экологическая система, покрывающая весь земной шар, — это уже дело десятое . Отчего же произошла эта путаница? И почему само понятие «экология» оказалось для наших современников столь размытым?

В моем представлении это связано прежде всего с лингвистическим казусом. Всё дело в том, что, например, в английском существуют сразу два понятия, которые у нас традиционно именуются экологией. Прежде всего это непосредственно экология как биологическая наука — Ecology . Но, кроме того, существует и такое понятие, как Environmental sciences — науки, занимающиеся изучением окружающей среды и ее состояния.

Для того, чтобы прочувствовать эту разницу, я в свое время предложил студентам небольшой практический эксперимент: попросил их воспользоваться одной из крупнейших наукометрических баз данных, хранящих информацию о современных высокорейтинговых научных журналах, SJR (SCImago Journal and Сountry Rank). Предлагалось проанализировать содержание наиболее значимых журналов, отнесенных составителями базы данных к областям Ecology и Environmental sciences . При этом можно было ограничиться изданиями, входящими лишь в категорию Q1.

Даже беглый обзор содержания журналов соответствующих категорий позволял сформировать определенное представление о разнице двух этих понятий.

Получается, что в английском понятие «экология» по большей части не выходит за границы биологии. В русском же языке произошла метаморфоза, в результате которой в сферу экологии включили еще и изучение состояния окружающей среды (намек на окружающую среду ведь присутствует еще в геккелевском определении). В самом деле, не называть же соответствующую область неблагозвучным калькированным понятием «энвайронметальное знание»! С таким словечком можно, как говорится, и язык сломать — попробуйте произнести его раза четыре. С «экологией"-то куда проще. В итоге получилось то самое смешение и разрастание понятия «экология», о котором мы говорили в самом начале.

Хорошо это или плохо? Конечно, большинство экологов (в классическом понимании экологии как биологической науки) придерживается мнения, что подобное размывание крайне негативно сказывается на имидже их специальности. Однако пытаться менять сложившуюся практику народного употребления термина — всё равно что сражаться с ветряными мельницами. Разве что полезно помнить: не всё, что на сегодняшний день называется экологией, на самом деле ей и является . В наиболее частом случае дело лишь в терминологии (см. выше). В конце концов, науки об окружающей среде — Environmental sciences — тоже стали важнейшей частью современного научного знания: тут и изменения климата, и «чистые технологии», и химия окружающей среды, и многое другое, действительно важное и полезное. Есть даже место для таких глобальных идей, как «устойчивое развитие» (вот уж где разгул для междисциплинарности!). Впрочем, это уже совсем другая история.

Но все-таки что представляет из себя та самая «классическая» экология, ведущая свою родословную со славных ученых мужей XIX столетия? Отвечая на вопрос преподавателя физики, который был вынесен в самое начало статьи, я придерживаюсь мнения, что экология — это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их внешней средой, где в широком смысле учитываются все условия их существования . В конце концов, экологией занимался еще сам Чарлз Дарвин (изучая, например, взаимоотношения между растениями и опылителями или разбирая вопрос о возможности совместного сосуществования близких форм живых организмов в «Происхождении видов…») , правда, самого термина тогда еще не существовало. В свое время к формированию корпуса классической экологии напрямую были причастны столь известные ученые и естествоиспытатели, как Александр фон Гумбольдт, Юстус Либих, Юлиус Майер, Герман Гельмгольц, Карл Мёбиус, Вильгельм Пфеффер, Фридрих Даль, Фредерик Клементс, Чарлз Элтон, Артур Тэнсли, Виктор Шелфорд, Джозеф Гриннелл, Джордж Хатчинсон и многие другие. Огромный вклад в развитие экологии внесли и наши соотечественники: Карл Францевич Рулье, Николай Алексеевич Северцов, Климент Аркадьевич Тимирязев, Владимир Николаевич Сукачёв, Владимир Владимирович Станчинский, Даниил Николаевич Кашкаров, Георгий Францевич Гаузе, Николай Павлович Наумов. Многих из вышеназванных можно назвать скорее естествоиспытателями, но все они интересовались тем, как именно функционирует мир в его живом надорганизменном проявлении. Это подтверждает и замечательная красота концепций, которые на протяжении долгого времени складывались внутри экологии: идея о структуре и направленности потока вещества и энергии в живых системах, концепции пределов толерантности и экологической ниши, биологического сигнального поля и смены сообществ во времени, понятия экосистемы и др. (подробнее см. Никольский А. А. (М.: ГЕОС, 2014)). Приумножением этих удивительных знаний об окружающем мире занимаются экологи и сегодня. Достаточно лишь поинтересоваться, что происходит в полях и в лабораториях. А интересного там немало!

SJR. Subject category «Environmental Sciences (miscellaneous)»: www.scimagojr.com/journalrank.php?area=0&category=2301&country=all&year=2014&order=sjr&min=0&min_type=cd . В более общем виде SJR. Subject area «Environmental Science»: www.scimagojr.com/journalrank.php?category=0&area=2300&year=2014&country=&order=sjr&min=0&min_type=cd (туда, впрочем, входят и журналы из категории («category»): Ecology).

Несколько расширенное геккелевское определение «экологии».

В первом из приведенных примеров Дарвин, по сути, рассматривает механизмы коэволюции и коадаптации. Таковы, например, его работы «Опыление орхидей насекомыми» («On the various contrivances by which British аnd foreign orchids are fertilized by insects», 1862) и др. Изложение Дарвином основ взаимоотношений близких форм организмов в «Происхождении видов» предвосхищает формулировку экологического принципа конкурентного исключения Лотки — Вольтерры — Гаузе. Таким образом, не используя в своих трудах термина «экология», Дарвин по праву может считаться выдающимся экологом-эволюционистом (подробнее об этом см. в кн. проф. А. А. Никольского «Великие идеи великих экологов: история ключевых концепций в экологии». М.: ГЕОС, 2014).

Экология (от греч. ойкос - дом и логос — учение) — наука о законах взаимодействия живых организмов со средой их обитания.

Основателем экологии считается немецкий биолог Э. Геккель (1834- 1919 гг.), который впервые в 1866 г. употребил термин «экология». Он писал: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении организма и окружающей среды, куда мы относим все "условия существования" в широком смысле этого слова. Они частично являются органической частично неорганической природы».

Первоначально этой наукой была биология, изучающая популяции животных и растений в среде их обитания.

Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основными объектами ее изучения являются:

• популяция - группа организмов, относящихся к одному или сходным видам и занимающих определенную территорию;
• , включающая биотическое сообщество (совокупность популяций на рассматриваемой территории) и среду обитания;
• - область распространения жизни на Земле.

К настоящему времени экология вышла за рамки собственно биологии и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Экология прошла сложный и длительный путь к осознанию проблемы «человек — природа», опираясь на исследования в системе «организм — среда».

Взаимодействие Человека с Природой имеет свою специфику. Человек наделен разумом, и это дает ему возможность осознать свое место в природе и предназначение на Земле. С начала развития цивилизации Человек задумывался о своей роли в природе. Являясь, безусловно, частью природы, человек создал особую среду обитания, которая называется человеческой цивилизацией. По мере развития она все больше вступала в противоречие с природой. Сейчас человечество уже подошло к осознанию того, что дальнейшая эксплуатация природы может угрожать его собственному существованию.

Актуальность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» — к необходимости учета законов и требований экологии — во всех науках и во всей человеческой деятельности.

Экологией в настоящее время принято называть науку о «собственном доме» человека — биосфере, ее особенностях, взаимодействии и взаимосвязи с человеком, а человека — со всем человеческим обществом.

Экология является не только интегрированной дисциплиной, где оказываются связанными физические и биологические явления, она образует своеобразный мост между естественными и общественными науками. Она не относится к числу дисциплин с линейной структурой, т.е. развивается не по вертикали — от простого к сложному, — она развивается по горизонтали, охватывая все более широкий круг вопросов из различных дисциплин.

Ни одна отдельная наука не способна решить все задачи, связанные с совершенствованием взаимодействия между обществом и природой, поскольку это взаимодействие имеет социальные, экономические, технологические, географические и другие аспекты. Решать эти задачи может лишь интегрированная (обобщающая) наука, какой и является современная экология.

Таким образом, из несамостоятельной дисциплины в рамках биологии экология превратилась в комплексную междисциплинарную науку - современную экологию — с ярко выраженной мировоззренческой составляющей. Современная экология вышла за пределы не только биологии, но и в целом. Идеи и принципы современной экологии имеют мировоззренческий характер, поэтому экология связана не только с науками о человеке и культуре, но и с философией. Столь серьезные изменения позволяют заключить, что, несмотря на более чем столетнюю историю экологии, современная экология — наука динамичная.

Цели и задачи современной экологии

Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек — общество — природа», рассматривая человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Главнейшая цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества — вывести Человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколении.

Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач, в том числе:

• разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях;
• исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты (флоры и фауны) как регулятора устойчивости биосферы;
• изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов;
• оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;
• разрабатывать методы управления качеством окружающей среды;
• формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества.

Окружающая нас живая среда не является беспорядочным и случайным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход — основа изучения проблем экологии.

Структура современной экологии

В настоящее время экология разделилась на ряд научных отраслей и дисциплин , подчас далеких от первоначального понимания экологии как биологической науки об отношениях живых организмов с окружающей средой. Однако в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии , которая сегодня представляет собой совокупность различных научных направлений. Так, например, выделяют аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма со средой; популяционную экологию , занимающуюся отношениями между организмами, которые относятся к одному виду и живут на одной территории; синэкологию , комплексно изучающую группы, сообщества организмов и их взаимосвязи в природных системах (экосистемах).

Современная экология представляет собой комплекс научных дисциплин. Базовой является общая экология , изучающая основные закономерности взаимоотношений организмов и условий среды. Теоретическая экология исследует общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком и способы предотвращения этого процесса, а также разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Прикладная экология базируется на системе законов правил и принципов теоретической экологии. Из прикладной экологии выделяются следующие научные направления.

Экология биосферы , изучающая глобальные изменения, происходящие на нашей планете в результате воздействия хозяйственной деятельности человека на природные явления.

Промышленная экология , изучающая влияние выбросов предприятий на окружающую среду и возможности уменьшения этого влияния путем совершенствования технологий и очистных сооружений.

Сельскохозяйственная экология , изучающая способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов почвы при сохранении окружающей среды.

Медицинская экология, изучающая болезни человека, связанные с загрязнением окружающей среды.

Геоэкология , изучающая строение и механизмы функционирования биосферы, связь и взаимосвязь биосферных и геологических процессов, роль живого вещества в энергетике и эволюции биосферы, участие геологических факторов в возникновении и эволюции жизни на Земле.

Математическая экология моделирует экологические процессы, т.е. изменения в природе, которые могут произойти при изменении экологических условий.

Экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Юридическая экология разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы.

Инженерная экология - сравнительно новое направление экологической науки, изучает взаимодействия техники и природы, закономерности формирования региональных и локальных природно- технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Она обеспечивает соответствие техники и технологии промышленных объектов экологическим требованиям

Социальная экология возникла совсем недавно. Лишь в 1986 г. во Львове состоялась первая конференция, посвященная проблемам этой науки. Наука о «доме», или месте обитании социума (человека, общества), изучает планету Земля, а также космос — как жизненную среду социума.

Экология человека - часть социальной экологии, рассматривающая взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

- одно из новых самостоятельных ответвлений экологии человека - наука о качестве жизни и здоровье.

Синтетическая эволюционная экология — новая научная дисциплина, включающая частные направления экологии — общую, био-, гео- и социальную.

Краткий исторический путь развития экологии как науки

В истории развития экологии как науки можно выделить три основных этапа. Первый этап - зарождение и становление экологии как науки (до 1960-х годов), когда накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, были сделаны первые научные обобщения. В этот же период французский биолог Ламарк и английский священник Мальтус впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 1960-х до 1950-х годов). Начало этапа ознаменовалось выходом в свет работ русских ученых К.Ф. Рулье, Н.А. Северцева, В.В. Докучаева, впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии. После исследований Ч. Дарвина в области эволюции органического мира немецкий зоолог Э. Геккель первый понял, что Дарвин называл «борьбой за существование», представляет собой самостоятельную область биологии, и назвал ее экологией (1866 г.).

Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале XX столетия. В этот период американский ученый Ч. Адаме создал первую сводку по экологии, публикуются и другие важные обобщения. Крупнейший русский ученый XX в. В.И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере.

В 1930-1940-е годы сначала английский ботаник А. Тенсли (1935 г.) выдвинул понятие «экосистема» , а несколько позжеВ. Я. Сукачев (1940 г.) обосновал близкое ему представление о биогеоценозе.

Третий этап (1950-е годы — до настоящего времени) — превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране окружающей человека среды. Одновременно с развитием теоретических основ экологии решались и прикладные вопросы, связанные с экологией.

В нашей стране в 1960-1980-е годы практически ежегодно правительство принимало постановления об усилении охраны природы; были изданы земельный, водный, лесной и иные кодексы. Однако, как показала практика их применения, они не дали требуемых результатов.

Сегодня Россия переживает экологический кризис: около 15% территории фактически являются зонами экологического бедствия; 85% населения дышат воздухом, загрязненным существенно выше ПДК. Растет число «экологически обусловленных» заболеваний. Наблюдается деградация и сокращение природных ресурсов.

Аналогичное положение сложилось и в других странах мира. Вопрос о том, что произойдет с человечеством в случае деградации природных экологических систем и утраты биосферой способности поддерживать биохимические циклы, становится одним из наиболее актуальных.

Слово «экология» образовано от греч. oikos, что означает дом (жилище, местообитание, убежище), и logos - наука. В буквальном смысле экология - это наука об организмах «у себя дома». Наука, в которой особое внимание уделяется «совокупности или характеру связей между организмами и окружающей средой». В настоящее время большинство исследователей считает, что экология - это наука, изучающая отношения живых организмов между собой и окружающей средой, или наука, изучающая условия существования живых организмов, взаимосвязи между средой, в которой они обитают.

Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. В примитивном обществе каждый индивидуум для того чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей его среде или о силах природы, растениях и животных. Можно утверждать, что цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства и орудия, позволяющие ему изменять среду своего обитания. Как и другие области знания, экология развивалась непрерывно, но неравномерно на протяжении истории человечества. Судя по дошедшим до нас орудиям охоты, наскальным рисункам о способах культивирования растений, лова животных, обрядам, люди еще на заре становления человечества имели отдельные представления о повадках животных, образе их жизни, сроках сбора растений, употребляемых для их нужд, о местах произрастания растений, способах выращивания и ухода за ними. Некоторые сведения подобного рода находим в сохранившихся памятниках древнеегипетской, индийской, тибетской культур. Элементы экологии имеют место в эпических произведениях и легендах. Например, в древнеиндийских сказаниях «Махабхарата» (VI-II вв. до н. э.) даются сведения о повадках и образе жизни около 50 видов животных, сообщается об изменениях численности некоторых из них. В рукописных книгах Вавилонии есть описания способов обработки земли, указывается время посева культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия. В китайских хрониках IV-II вв. до н. э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В трудах ученых античного мира - Гераклита (530-470 гг. до н. э.), Гиппократа (460-370 гг. до н. э.), Аристотеля (384-322 гг. до н. э.) и др. - были сделаны дальнейшие обобщения экологических фактов.

Аристотель в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении. Так начинался первый этап развития науки - накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Теофраст Эрезийский (372-287 гг. до н. э.) описал влияние почвы и климата на структуру растений, наблюдаемое им на огромных пространствах Древнего Средиземноморья. В работах философа впервые было предложено разделить покрытосеменные растения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. К этому периоду относится знаменитая «Естественная история» Плиния Старшего (23-79 гг. н. э.).

В Средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством схоластики и богословием. Связь строения организмов с условиями среды толковалась как воплощение воли Бога. Людей сжигали на кострах не только за идеи развития природы, но и за чтение книг древних философов. В этот период, затянувшийся на целое тысячелетие, только единичные труды содержат факты научного значения. Большинство же сведений имеют прикладной характер, опираются на описание целебных трав (Разес, 850- 923 гг.; Авиценна, 980-1037 гг.), культивируемых растений и животных, на знакомство с природой далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.).

Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья являются труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193-1280 гг.). В своих книгах о растениях он придает большое значение условиям их местообитания, где помимо почвы важное место уделяет «солнечному теплу», рассматривая причины «зимнего сна» у растений, размножение и рост организмов ставит в неразрывную связь с их питанием.

Крупными сводами средневековых знаний о живой природе являлись многотомное «Зеркало природы» Венсенаде Бове (XIII в.), «Поучение Владимира Мономаха» (XI в.), ходившие в списках на Руси, «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиенского (начало XIV в.).

Географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран явились толчком к развитию биологических наук. Накопление и описание фактического материала - характерная черта естествознания этого периода. Однако, несмотря на то что в суждениях о природе господствовали метафизические представления, в трудах многих естествоиспытателей имели место явные свидетельства экологических знаний. Они выражались в накоплении фактов о разнообразии живых организмов, их распространении, в выявлении особенностей строения растений и животных, живущих в условиях той или иной среды. Первые систематики - А. Цезальпин (1519-1603), Д. Рей (1623-1705), Ж. Турнефор (1656- 1708) и др. утверждали о зависимости растений от условий произрастания или возделывания, от мест их обитания и т. д. Сведения о поведении, повадках, образе жизни животных, сопровождавшие описание их строения, называли «историей» жизни животных. Известный английский химик Р. Бойль (1627- 1691) первым осуществил экологический эксперимент. Он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных.

В XVII в. Ф. Реди экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных.

В XVII-XVIII вв. в работах, посвященных отдельным группам живых организмов, экологические сведения зачастую составляли значительную часть, например в трудах А. Реомюра о жизни насекомых (1734), Л. Трамбле о гидрах и мшанках (1744), а также в описаниях натуралистами путешествий. Антон ван Левенгук, более известный как один из первых микроскопистов, был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности организмов. По сочинениям английского ученого Р. Брэдли видно, что он имел четкое представление о биологической продуктивности. На основании путешествий по неизведанным краям

России в XVIII в. С. П. Крашенинниковым, И. И. Лепехиным, П. С. Палласом и другими русскими географами и натуралистами указывалось на взаимосвязанные изменения климата, животного и растительного мира в различных частях обширной страны. В своем капитальном труде «Зоография» П. С. Паллас описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц, биологические явления: миграцию, спячку, взаимоотношения родственных видов и т. д. П. С. Палласа, по определению Б. Е. Райкова (1947), можно считать «одним из основателей экологии животных». О влиянии среды на организм высказывался М. В. Ломоносов. В трактате «О слоях земных» (1763) он писал: «...напрасно многие думают, что все, как мы видим, сначала создано творцом...» Изменения в неживой природе Ломоносов рассматривал как непосредственную причину изменений растительного и животного мира. По останкам вымерших форм (моллюски и насекомые) он судил об условиях их существования в прошлом.

Влиянию среды на организм много внимания уделял ученый-агроном А. Г. Болотов (1738-1833). На основании наблюдений он разрабатывает приемы воздействия на молодые растения яблони, определяет роль минеральных солей в жизни растений, создает одну из первых классификаций местообитаний, затрагивает вопросы взаимоотношений между организмами.

Во второй половине XVIII в. проблема внешних условий нашла отражение в работах французского естествоиспытателя Ж.-Л.Л.Бюффона(1707-1788). Он считал возможным «перерождение» видов и полагал основными причинами превращения одного вида в другой влияние таких внешних факторов, как «температура, климат, качество пищи и гнет одомашнивания».

В его титаническом труде «Естественная история» четко просматривается материалистический взгляд на неразрывность материи и движения. «Материя без движения никогда не существовала, - пишет он, - движение, следовательно, столь же старо, как и материя». Бюффон отрицает божественное происхождение Земли. Из «Естественной истории» взошли ростки эволюционизма Ж.-Б. Ламарка, выросло эволюционное учение Ч. Дарвина. Создание эволюционной концепции развития природы - главное теоретическое достижение Ж.-Б. Ламарка (1744-1829). В «Философии зоологии» (1809) он дает эволюционное обоснование «лестницы существ». Ж.-Б. Ламарк считал влияние «внешних обстоятельств» одной из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений.

По мере развития зоологии и ботаники происходило накопление фактов экологического содержания, свидетельствующих, что к концу XVIII в. у естествоиспытателей начали складываться элементы особого, прогрессивного подхода к изучению явлений природы, а также об изменениях организмов в зависимости от окружающих условий и о многообразии форм. Вместе с тем как таковых экологических идей еще нет, начала лишь складываться экологическая точка зрения на изучаемые явления природы.

Второй этап развития науки связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Появление в начале XIX в. биогеографии способствовало дальнейшему развитию экологического мышления. Подлинным основоположником экологии растений принято считать А. Гумбольдта (1769- 1859), опубликовавшего в 1807 г. работу «Идеи о географии растений», где на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке он показал значение климатических условий, особенно температурного фактора, для распределения растений. В сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, т. е. одинаковый внешний облик. По распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, и среди них - книги немецкого зоолога К. Глогера (1833) об изменениях птиц под влиянием климата, датчанина Т. Фабера(1826) об особенностях северных птиц, К. Бергмана (1848) о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных.

В 1832 г. О. Декандоль обосновал необходимость выделения особой научной дисциплины «эпиррелогия», изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду или, говоря современным языком экологии, среду, где существуют растения, которую стали понимать как совокупность действующих на них условий (экологических факторов). Число таких факторов по мере расширения и углубления исследований по экологии растений возрастало, а оценка значимости отдельных факторов изменялась. О. Декандоль писал: «Растения не выбирают условия среды, они их выдерживают или умирают. Каждый вид, живущий в определенной местности, при известных условиях представляет как бы физиологический опыт, демонстрирующий нам способ воздействия теплоты, света, влажности и столь разнообразных модификаций этих факторов».

Русский ученый Э. А. Эверсман рассматривал организмы в тесном единстве с окружающей средой. В работе «Естественная история Оренбургского края» (1840) он четко делит факторы среды на абиотические и биотические, приводит примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов.

Экологическое направление в зоологии лучше других было сформулировано другим русским ученым К. Ф. Рулье (1814-1858). Он считал необходимостью развитие особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающим миром. Рулье подчеркивал, что в зоологии наряду с классификацией отдельных органов нужно производить «разбор явлений образа жизни». Здесь следует различать явления жизни особи, т. е. выбор и запасание пищи, выбор и постройка жилища и т. д., а также «явления жизни общей»: взаимоотношения родителей и потомства, законы количественного размножения животных, отношения животных к растениям, почве, к физиологическим условиям среды. Вместе с этим следует изучать периодические явления в жизни животных - линьку, спячку, сезонные перемещения и др. Следовательно, Рулье разработал широкую систему экологического исследования животных - «зообиологии», оставил ряд трудов типичного экологического содержания, таких, как типизация общих особенностей водных, наземных и роющих позвоночных. Научные работы Рулье оказали значительное влияние на направление и характер исследований его учеников, последователей - Н. А. Северцова (1827-1885), А. Н. Бекетова (1825- 1902). Так, Н. А. Северцов в книге «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» впервые в России изложил глубокие экологические исследования животного мира отдельного региона. Таким образом, ученые начала XIX в. анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности. Однако разрешение этих проблем, дальнейшее развитие науки экологии произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина(1809-1882). Он по праву является одним из пионеров экологии. В книге «Происхождение видов» (1859) им показано, что «борьба за существование» в природе приводит к естественному отбору, т. е. является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды («борьба за существование») - большая самостоятельная область исследований.

Победа эволюционного учения в биологии открыла, таким образом, третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение экологии от других наук. Экология, родившись в недрах биогеографии, в конце XIX в. благодаря учению Ч. Дарвина превратилась в науку об адаптациях организмов.

Однако сам термин «экология» для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем в 1866 г. Он дал следующее определение этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом». Э. Геккель (1834-1910) относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, интересующимся всеми сторонами жизни биологических организмов. Термин «экология» в дальнейшем получил всеобщее признание. Во второй половине XIX в. содержанием экологии являлось главным образом изучение образа жизни животных и растений, их адаптивности к климатическим условиям: температуре, световому режиму, влажности и т. д. В этой области был сделан ряд важных обобщений, исследований. Датский ботаник Е. Варминг в книге «Ойкологическая география растений» (1895) излагает основы экологии растений, четко формулирует ее задачи. Изложив основные положения экологии отдельных растений и растительных сообществ, он создал стройную систему фитоэкологических взглядов и с полным основанием может быть назван отцом экологии.

А. Н. Бекетов в научной работе «География растений» (1896) впервые сформулировал понятие биологического комплекса как суммы внешних условий, установил связь особенностей анатомического и морфологического строения растений с их географическим распространением, указал на значение физиологических исследований в экологии. Им же были детально разработаны вопросы межвидового и внутривидового взаимоотношений организмов. Д. Аллен (1877) нашел ряд общих закономерностей в изменении пропорций тела и его выступающих частей, в окраске североамериканских млекопитающих и птиц в связи с географическими изменениями климата.

В конце 70-х гг. XIX в. параллельно с данными исследованиями возникло новое направление. Немецкий гидробиолог К. Мебиус в 1877 г. на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по К. Мебиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Он утверждал, что всякое изменение в каком-либо из факторов биоценоза вызывает изменения в других факторах последнего. Его труд «Устрицы и устричное хозяйство» положил начало биоценологическим исследованиям в природе.

Изучение сообществ в дальнейшем обогатилось методами учета количественных соотношений организмов. Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную область ботанической экологии. Значительная роль здесь принадлежит русским ученым С. И. Коржинскому и И. К. Пачоскому, назвавших новую науку «фито-социологией», переименованную позднее в «фитоценологию», а затем в геоботанику. К этому же периоду относится деятельность знаменитого русского ученого В. В. Докучаева (1846-1903). Докучаев в своем труде «Учение о зонах природы» писал, что ранее изучались отдельные тела, явления и стихии - вода, земля, но не их соотношения, не та генетическая вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой, между растительными, животными и минеральными царствами с одной стороны, человеком, его бытом и даже духовным миром. Учение Докучаева о природных зонах имело исключительное значение для развития экологии. В целом его работы легли в основу геоботанических исследований, положили начало учению о ландшафтах, дали толчок широким исследованиям взаимоотношений растительности и почвы. Идея Докучаева о необходимости изучения закономерностей жизни природных комплексов получила дальнейшее развитие в книге видного лесовода Г. Ф. Морозова «Учение о лесе», в учении В. Н. Сукачева о биогеоценозах.

В начале XX в. оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки.

В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника К. Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. autos - сам и «экология»), а экология сообществ - синэкологией (от греческой приставки syn-, обозначающей «вместе»). Такое деление вскоре было принято и в зоо-экологии. Появились первые экологические сводки: руководство к изучению экологии животных Ч. Адамса (1913), книга В. Шелфорда о сообществах наземных животных (1913), С. А. Зернова по гидробиологии (1913) и др.

В 1913-1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы. Экологию начали преподавать в ряде университетов. В экологии получило развитие количественное рассмотрение изучаемых явлений и процессов, связанных с именами А. Лотки (1925), В. Вольтерры (1926).

Авторитетнейший ученый России начала XX в., ботаник И. П. Бородин, выступая в 1910 г. на XII съезде русских естествоиспытателей и врачей с докладом «Об охране участков растительности, интересных с ботанико-географической точки зрения», страстно призывал своих коллег охранять природу и выполнять тем самым «наш нравственный долг», сравнивая это дело с охраной исторических памятников. Бородин особенно интересовался уникальными природными объектами. Любой памятник природы, неважно - большой или маленький, представляет собой, по его мнению, национальное сокровище. «Это такие же уники, как картины, например, Рафаэля - уничтожить их легко, но воссоздать нет возможности». Г. А. Кожевников (1917) утверждал, что к числу факторов, усугубляющих разрушительные последствия войны и революции, относятся вопиющая отсталость, бескультурье, отсутствие развитой технологии и какого-либо гражданского долга. Кожевников сформулировал три этапа становления отношения человека к природе. Россия, по его мнению, находится на стадии, переходной от первого - первобытного, хищнического - этапа ко второму, ориентированному на рост и развитие. При отсутствии даже войны и социальных потрясений мощные структурные факторы должны были бы препятствовать быстрому переходу к третьему этапу, ориентированному на охрану природы. Кожевников, основываясь на данном утверждении, выступал за рационализацию и модернизацию экономики и ее социальной структуры.

На четвертом этапе развития истории экологии после разносторонних исследований к 30-м гг. XX в. определились основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углублялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов. Проблему взаимодействия живых организмов с неживой природой подробно разработал В. И. Вернадский в 1926г., подготовив условия для понятия единого целого биологических организмов с физической средой их обитания.

Большой вклад в фитоценологические исследования внесли в России В. Н. Сукачев, Б. Н. Келлер, В. В. Алехин, А. Г. Раменский, А. П. Шенников, за рубежом - Ф. Клементс в США, К. Раункиер в Дании, Г. Дю Рие в Швеции, И. Браун-Бланк в Швейцарии. Были созданы разнообразные системы классификации растительности на основе морфологических (физиологических), эколого-морфологических, динамических и других особенностей сообществ, разработаны представления об экологических индикаторах, изучены структура, продуктивность, динамические связи фитоценозов.

Продолжая традиции К. А. Тимирязева, в разработку физиологических основ экологии растений много ценного внес Н. А. Максимов.

В 30-40-х гг. XX в. появились новые сводки по экологии животных, где излагались теоретические проблемы общей экологии: К. Фридерикса(1930), Ф. Боденгеймера (1935) и др.

В развитие общей экологии значительный вклад внес Д. Н. Кашкаров (1878-1941). Ему принадлежат такие книги, как «Среда и общество», «Жизнь пустыни». Он является автором первого учебника в нашей стране по основам экологии животных (1938). По инициативе Кашкарова регулярно издавался сборник «Вопросы экологии и биоценологии». В этот период оформилась новая область экологической науки - популяционная экология. Английский ученый Ч. Элтон в книге «Экология животных» (1927) переключает внимание с отдельного организма на популяцию как единицу, которую следует изучать самостоятельно. На этом уровне выявляются свои особенности экологических адаптации и регуляций. На развитие популяционной экологии в нашей стране оказали влияние С. А. Северцов, Е. Н. Синская, И. Г. Серебряков, М. С. Гиляров, Н. П. Наумов, Г. А. Викторова, Т. А. Работнова, А. А. Уранова, С. С. Шварц и др. Е. Н. Синская (1948) провела исследования по выяснению экологического и географического полиморфизма видов растений. И. Г. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм. М. С. Гиляров (1949) выдвинул предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши. Исследования С. С. Шварца эволюционной экологии позвоночных животных привели к возникновению палеоэкологии, задачей которой является восстановление картины образа жизни вымерших форм.

В начале 40-х гг. XX в. в экологии возникает новый подход к исследованиям природных экосистем. Г. Гаузе (1934) провозгласил свой знаменитый принцип конкурентного исключения, указав на важность трофических связей как основного пути для потоков энергии через природные сообщества, что явилось весомым вкладом в появление концепции экосистемы. Английский ученый А. Тенсли в 1935 г. в работе «Правильное и неправильное использование концепций и терминов в экологии растений» ввел в экологию термин «экологическая система». Основное достижение А. Тенсли заключается в успешной попытке интегрировать биоценоз с биотопом на уровне новой функциональной единицы - экосистемы. В 1942 г. В. Н. Сукачев (1880-1967) обосновал представление о биогеоценозе. Здесь нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, закономерностях, лежащих в основе всего сообщества и окружающей неорганической среды - круговороте вещества и превращениях энергии. Начались работы по точному определению продуктивности водных сообществ (Г. Г. Винберг, 1936). В 1942 г. американский ученый Р. Линдеман изложил основные методы расчета энергетического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности популяции и биоценозов в конкретных условиях среды. Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему ученому В. И. Вернадскому, который в своих идеях намного опередил современную ему науку. Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой основаны на экологических законах обеспечения баланса вещества и энергии.

В 50-90 гг. XX в. вопросам экологии посвящены работы видных отечественных и зарубежных исследователей: Р. Дажо (Основы экологии, 1975), Р. Риклефс (Основы общей экологии, 1979), Ю. Одум (Основы экологии, 1975; Экология, 1986), М. И. Будыко (Глобальная экология, 1977), Г. А. Новиков (Основы общей экологии и охраны природы, 1979), Ф. Рамад (Основы прикладной экологии, 1981), В. Тишлер (Сельскохозяйственная экология, 1971), С. Г. Спурр, Б. В. Барнес (Лесная экология, 1984), В. А. Радкевич (Экология, 1983,1997), Ю. А. Израэль (Экология и контроль природной среды, 1984), В. А. Ковда (Биогеохимия почвенного покрова, 1985), Дж. М. Андерсон (Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек, 1985), Г. В. Стадницкий, А. И. Родионов (Экология, 1988,1996), Н. Ф. Реймерс (Природопользование, 1990; Экология, 1994), Г. Л. Тышкевич (Экология и агрономия, 1991), Н. М. Чернова, А. М. Былова (Экология, 1988), Т. А. Акимова, В. В. Хаскин (Основы экоразвития, 1994; Экология, 1998), В. Ф. Протасов, А. В. Молчанов (Экология, здоровье и природопользование в России, 1995), Н. М. Мамедов, И. Т. Суравегина (Экология, 1996), К. М. Петров (Общая экология, 1996), А. С. Степаневских (Общая экология, 1996,2000; Экология, 1997; Охрана окружающей среды, 1998,2000) и др.

Н. Ф. Реймерс (1931-1993), доктор биологических наук, видный российский ученый, внес значительный вклад в изучение взаимоотношений человека и природы, социально-экономических аспектов экологии и природы. Автор книг: Азбука природы. Микроэнциклопедия биосферы (М.: Знание, 1980); Природопользование: Словарь-справочник (М.: Мысль, 1990); Экология теории, законы, правила, принципы и гипотезы (М.: Россия молодая, 1994) и др.

Н. Н. Моисеев (1917-2000), доктор физико-математических наук, академик, известней как ученый с мировым именем. Основные направления его научной деятельности в области экологии и природопользования: методы оптимизации природопользования; математические модели динамики биосферы; методологические вопросы взаимоотношения биосферы и общества; модели стабильности биосферы в условиях антропогенных воздействий.

Анализируя историю экологии как науки, нельзя не заметить, что развитие экологии задержалось минимум на пять-десять лет по сравнению с такими дисциплинами, как эмбриология и генетика. Перечислим некоторые причины отставания экологии.

Недооценка потребности открыть законы, применяемые ко всему живому, т.е. экология находится здесь во многих случаях на аналитической стадии. Изучение взаимоотношений организмов друг с другом и со средой не может идти без учета огромного разнообразия животного и растительного мира, и если общие законы существуют, то в ряде случаев их еще предстоит открыть.

Степень развития научных знаний, которая вынуждала ученых к изучению изолированных естественных явлений, как если бы они были независимы и не связаны друг с другом. Французский ученый О. Конт в своих трудах проводил мысль о жестких барьерах между науками. Для некоторых ученых такой подход стал привычным. Он вынуждал их рассматривать предметы и явления вне существующих между ними взаимосвязей, тогда как взаимодействие - первая особенность при рассмотрении научных фактов в совокупности. Эти искусственные барьеры рушатся в XX в. с появлением новых отраслей знания, сформировавшихся на основе слияния отдельных наук - физики и химии, химии и биологии.

Рождение и развитие экологии - науки, обязанной своим появлением на свет разнообразным дисциплинам и имеющей свои собственные методы, - относится к этому же периоду. В настоящее время в экологии просматривается все большая тенденция к превращению ее в науку, в которой для охвата всех сторон изучаемого предмета работа ведется группами ученых.

Отсутствие реальных перспектив ее развития вплоть до 30-х гг. XX в. Казалось, что эта наука в отличие, например, от медицины, успеху которой способствовали лабораторные исследования, ограничивалась теоретическими изысканиями. В XIX - начале XX в., а иногда и сейчас, непосредственное перенесение на природу методов, выработанных в лабораторных условиях, часто приводило к непредвиденным, катастрофическим последствиям. Эта ошибочная практика постепенно заставила обратить внимание на экологию, привела к учету человеком в своей деятельности экологических законов.

В конце XX в. происходит «экологизация» науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и воздействует на нее отрицательно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.

Экология как наука. Значение экологии как науки

Экология (от греческого οικος – дом, обиталище и λόγος – учение) – наука о взаимоотношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей их неорганической средой (средой обитания), о связи в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем, условиях развития и равновесия этих систем. Инструментами этого познания являются наблюдение, проведение опытов, выдвижение теорий, объясняющих явления. Отношения между человеком и природой также являются предметом изучения экологии.

Первоначально же предложенный Эрнестом Геккелем в 1866 году данный термин звучал так: экология - это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология - это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование. Это определение Э. Геккеля написано в те времена, когда экология была ещё исключительно биологической наукой. Нынешнее понимание экологии шире.

Экология обычно рассматривается как подотрасль биологии, общей науки о живых организмах. Живые организмы могут изучаться на различных уровнях, начиная от отдельных атомов и молекул и кончая популяциями, биоценозами и биосферой в целом. Экология связана со многими другими науками именно потому, что она изучает организацию живых организмов на очень высоком уровне, исследует связи между организмами и их средой обитания. Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, философия.

Экология изучает взаимосвязи:

· между организмами (включают пищевые и непищевые взаимосвязи);

· между организмами и средой их обитания;

· взаимосвязи внутри экосистем.

Соответственно, структура классической биоэкологии включает аутэкологию (экологию отдельных организмов), демэкологию (экологию популяций и видов), синэкологию (экологию сообществ организмов).

Как известно, в настоящее время науки претерпевают как бы два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, происходит их дифференциация - науки распадаются на множество специализированных направлений, а с другой стороны, - интеграция - многие научные исследования проводятся на стыке наук, на стыке различных направлений возникают новые науки. Эти процессы не обошли стороной и экологию.

Итак, определим уже названные разделы биоэкологии:

· аутэкология - изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология - изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология - исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

На стыке экология и других научных дисциплин (медицины, педагогики, юриспруденции, химии, технологии, агрономии и так далее) рождаются новые научные направления. В широком смысле слова экология выходит за рамки чисто биологической отрасли знаний.

В экологии выделяют экологию различных систематических групп (экология грибов, экология растений, экология млекопитающий и т.д.), сред жизни (суши, почвы, моря и т.п.), эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий), ряд прикладных направлений (медицинская, сельскохозяйственная, лесохозяйственная, водохозяйственная, эколого-экономические науки) и многие другие направления.

Особо следует отметить такой раздел как социальная экология - то есть экология человеческого сообщества, изучающая взаимоотношение социума и Природы.

После того как мы дали определение экологии, наверное, будет полезным развести экологию и некоторые другие науки и понятия, которые часто смешиваются, и все это создает невообразимую путаницу.

К экологии иногда неверно относят ряд дисциплин. Так, природопользование и охрана природы не являются разделами экологии. Другое дело, что в последнее время стало ясно, что нельзя организовывать природопользование и охрану природу, не применяя экологических методов и не используя экологическое знание. Только знание о взаимосвязи природных объектов, об устойчивости природных систем может определить возможные механизмы взаимодействия с ними. Этим и объясняется справедливый всеобщий интерес к экологии как науке о взаимосвязях живых организмов и окружающей их среды.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подразделяемых в соответствии с:

· размерами объектов изучения: аут(о)экология (организм и его среда), популяционная, или демэкология (популяция и ее среда), синэкология (экосистема и ее среда), ландшафтная экология (крупные геосистемы с участием живого и их среда), глобальная экология, или мегаэкология (учение о биосфере Земли;

· отношением к предметам изучения: экология микроорганизмов, экология грибов, экология растений, экология животных, экология человека, сельскохозяйственная экология, промышленная экология, общая экология;

· средами и компонентами: экология суши, экология пресных водоемов, экология морская, экология Крайнего Севера, экология высокогорий, экология химическая;

· подходом к предмету: аналитическая экология, динамическая экология;

· фактором времени: историческая, эволюционная.

Загрязнение атмосферы имеет два аспекта: воздействие на состояние экосистем и на здоровье человека. Первое определяется выбросом парниковых газов (углекислого газа и метана), возникающих в результате разрушения биоты, а также диоксидов серы, вызывающих кислотные дожди, второе - выбросом в атмосферу вредных веществ и пылевых частиц. В связи с сокращением объема производства в России наблюдается снижение выбросов СО2. Оставаясь крупнейшим потребителем ископаемого топлива, по этим выбросам Россия находится на третьем месте в мире (вклад России в мировую эмиссию составляет порядка 7%) после США (22%) и Китая (12%).

Процедура пространственного усреднения делает существенными еще два аспекта. Во-первых, в разрезе водохозяйственных сезонов не должна быть существенной диспропорция колебаний гидрологических характеристик в разных частях бассейна реки, где расположены водопользователи. Если, например, основная часть бассейна расположена в умеренной зоне с превалирующим стоком в период весеннего половодья, а водопользователи в верховьях рек ориентируются на летний сток, обусловленный таянием питающих реку ледников, то методика также станет неприменимой. Во-вторых, режим потребностей в воде ведущих водопользователей также не может иметь очевидные диспропорции в разрезе водохозяйственных сезонов. Последнее требование выглядит несколько существеннее остальных, поскольку для многих крупных бассейнов страны характерна неравномерность социально-экономического развития разных их частей. Наконец, последним существенным предположением методики является возможность для всех водопользователей принять некоторую средневзвешенную обеспеченность полезной водоотдачи, что также не всегда выполняется для бассейнов крупных рек с разнообразным многоотраслевым водопользованием.

Формирование ландшафта города как жизненной среды людей имеет два аспекта: создание благоприятных санитарно-гигиенических условий и пространственная организация различных видов деятельности (труда, быта, отдыха и т. д.).

Экология, как и всякая другая наука, имеет два аспекта. Один - это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение; другой - применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой. Все возрастающее значение экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

При одновременном осаждении солями железа, обычно Fe2, следует учитывать два аспекта, которые могут повлечь за собой невозможность контроля концентрации кислорода в химико-биологическом реакторе и чрезмерную турбулентность, возникающую в результате аэрации.

Человек одновременно является продуктом и творцом своей среды, которая дает ему физическую основу для жизни и обеспечивает интеллектуальное, моральное, общественное и духовное развитие, поэтому для человеческого благосостояния и осуществления основных прав людей, включая и право на жизнь, важное значение имеют два аспекта - природная среда и та, которую создал человек.

Наличие проблемы - критического рассогласования между желаемым положением и реальным - является фактором, активизирующим усилия менеджмента. Существуют два аспекта определения проблемы. Согласно первому проблемой считается ситуация, когда поставленные цели не достигнуты. Во втором случае в качестве проблемы рассматривают потенциальную возможность. Проблема трансформируется в мотив для деятельности организации и ее менеджеров.

В комплекс мероприятий данного назначения входят перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих предприятий в много лесные районы, ликвидация перерубов в малолесных районах, сокращение потерь древесины при сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и популяционно-видового состава лесов необходимо также проведение в достаточных объемах лесовосстановительных работ с целью восстановления лесов до состояния климакса, улучшение их состава, дальнейшее развитие сети лесных питомников и разработка методов выращивания леса на специальных плантациях. Обычно выделяют два аспекта, связанных с охраной растительного мира: 1) охрана редких и исчезающих видов флоры и 2) охрана основных растительных сообществ.

В комплекс мероприятий данного назначения входят перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих предприятий в многолесные районы, ликвидация перерубов в малолесных районах, сокращение потерь древесины при сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и популяционно-видового состава лесов необходимо также проведение в достаточных объемах лесовосстановительных работ с целью восстановления лесов до стадии климакса, улучшение их состава, дальнейшее развитие сети лесных питомников и разработка методов выращивания леса на специальных плантациях. Обычно выделяют два аспекта, связанных с охраной растительного мира: 1) охрана редких и исчезающих видов флоры и 2) охрана основных растительных сообществ.

Условия и ресурсы 1 среды - взаимосвязанные понятия. Они характеризуют среду обитания организмов. Условия среды обычно определяют как экологические факторы, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяются на три основные группы.

Абиотические факторы - это факторы неживой природы, прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность, и местные: рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и т.д. Эти факторы могут влиять на организмы прямо, то есть непосредственно, как свет или тепло, либо косвенно, как например, рельеф, который обуславливает действие прямых факторов - освещенности, увлажнения, ветра и пр.

Антропогенные факторы - это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

Биотическая среда - часть экосистемы, которая состоит из групп организмов, отличающихся друг от друга по способу питания: продуценты, консументы, дедритофаги и редуценты.

Продуценты (producentis - производящий) с помощью фотосинтеза 2 создают органическое вещество и выделяют в атмосферу кислород. К ним относятся зеленые растения(трава, деревья), синезеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии.

Консументы (consumo - потребляю) питаются продуцентами или другими консументами. К ним относятся звери, птицы, рыбы и насекомые.

Детритофаги (detritus - истертый, phagos - пожиратель) питаются отмершими растительными остатками и трупами животных организмов. К ним относятся дождевые черви, крабы, муравьи, жуки-навозники, крысы, шакалы, грифы, вороны и др.

Редуценты (reducentis - возвращающий) - разрушители (деструкторы) органического вещества. К ним относятся бактерии и грибы, которые в отличие от детритофагов разрушают мертвое органическое вещество до минеральных соединений. Эти соединения возвращаются в почву и снова используются растениями для питания.

Двигательная активность - не только особенность высокоорганизованной живой материи, но и в наиболее общей форме-форме движения материи - необходимое условие самой жизни.

Если ребенок ограничен в этой естественной потребности, его природные задатки постепенно утрачивают свое значение. Бездеятельность губит, и душу, и тело! Ограничение двигательной активности приводит к функциональным и морфологическим изменениям в организме и снижению продолжительности жизни. Природа не прощает пренебрежение ее законами.

Движение является одним из главных условий существования животного мира и прогресса в его эволюции. От активности скелетной мускулатуры зависит резервирование энергетических ресурсов, экономное их расходование в условиях покоя и как следствие этого- увеличение продолжительности жизни.

В ряду факторов сохранения и укрепления здоровья ведущая роль принадлежит физической культуре, разнообразным средствам повышения двигательной активности.

Высокий уровень физической и умственной работоспособности людей, занимающихся физическими упражнениями, сохраняется значительно дольше, чем у незанимающихся. Снижение активной двигательной деятельности пагубно сказывается на здоровье. В первую очередь оно способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, приводит к нарушению обмена веществ. Физические упражнения предупреждают атеросклеротические изменения в сосудах, уменьшают риск заболевания ишемической болезнью сердца.

Способность противодействовать изменениям внутренней среды организма, которыми сопровождается выполнение физических упражнений, является специфическими свойствами тренированного организма. Вместе с тем, физические упражнения повышают и естественную, защитную устойчивость организма: человек обретает надежную способность активно бороться с болезнетворными агентами внешней среды.

Забота о сохранении здоровья и увеличении продолжительности жизни, необходимость освоения территорий с экстремальными условиями, например с суровым климатом, повышение нервно-эмоционального и физического напряжения в спортивной деятельности ставят перед наукой ряд новых задач. Возникают комплексные проблемы адаптации организма человека к различным условиям деятельности и продолжительности полноценной жизни.

Физиологические механизмы адаптации человека, сформировавшиеся в процессе его длительной эволюции, не могут изменяться такими же темпами, как научно-технический прогресс. Вследствие этого может возникнуть конфликт между измененными экологическими условиями и природой самого человека. Поэтому разработка не только теоретических, но и практических основ, изучение механизмов адаптации человека к различным резко меняющимся экологическим факторам приобретают исключительное значение.

Адаптация целостного организма к новым условиям среды, в том числе к высоким физическим нагрузкам, обеспечивается не отдельными органами, а скоординированными в пространстве и времени и соподчиненными между собой специализированными функциональными системами.

Экологическая ниша

Для понимания различного вида существующих связей в экосистемах и обусловленности механизмов их функционирования важно познакомиться с одним из основополагающих понятий экологии - экологической нишей.

Каждый вид или его части (популяции, группировки различного ранга) занимают определенное место в окружающей их среде. Например, определенньш вид животного не может произвольно менять пищевой рацион или время питания, место размножения, убежища и т. п. Для растений подобная обусловленность условий выражается, например, через светолюбие или тенелюбие, место в вертикальном расчленении сообщества (приуроченность к определенному ярусу), время наиболее активной вегетации. Например, под пологом леса одни растения успевают закончить основной жизненный цикл, завершающийся созреванием семян, до распускания листьев древесного полога (весенние эфемеры). В более позднее время их место занимают другие, более теневыносливые растения. Особая группа растений способна на быстрый захват свободного пространства (растения-пионеры), но отличается низкой конкурентной способностью и поэтому быстро уступает свое место другим (более конкурентоспособным) видам.

Приведенные примеры иллюстрируют экологическую нишу или отдельные ее элементы. Под экологической нишей понимают обычно место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, или, как говорят, жизненный статус, включающий отношение к факторам среды, видам пищи, времени и способам питания, местам размножения, укрытий и т. п. Это понятие значительно объемнее и содержательнее понятия «местообитание». Американский эколог Одум образно назвал местообитание «адресом» организма (вида), а экологическую нишу - его «профессией». На одном местообитании живет, как правило, большое количество организмов разных видов. Например, смешанный лес - это местообитание для сотен видов растений и животных, но у каждого из них своя и только одна «профессия» - экологическая ниша. Так, сходное местообитание, как отмечалось выше, в лесу занимают лось и белка. Но ниши их совершенно разные: белка живет в основном в кронах деревьев, питается семенами и плодами, там же размножается и т. п. Весь жизненный цикл лося связан с подпологовым пространством: питание зелеными растениями или их частями, размножение и укрытие в зарослях и т. п.

Если организмы занимают разные экологические ниши, они не вступают обычно в конкурентные отношения, сферы их деятельности и влияния разделены. В таком случае отношения рассматриваются как нейтральные.

Вместе с тем в каждой экосистеме имеются виды, которые претендуют на одну и ту же нишу или ее элементы (пищу, укрытия и пр.). В таком случае неизбежна конкуренция, борьба за обладание нишей. Эволюционно взаимоотношения сложились так, что виды со сходными требованиями к среде не могут длительно существовать совместно. Эта закономерность не без исключений, но она настолько объективна, что сформулирована в виде положения, которое получило название «правило конкурентного исключения». Автор этого правила эколог Г. Ф. Гаузе. Звучит оно так: если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения и т. п.) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу. Иногда, например, чтобы снять острые конкурентные отношения, одному организму (животному) достаточно изменить время питания, не меняя самого вида пищи (если конкуренция возникает на почке пищевых отношений), или найти новое местообитание (если конкуренция имеет место на почве данного фактора) и т. п.

Из других свойств экологических ниш отметим, что организм (вид) может их менять на протяжении своего жизненного цикла. Наиболее яркий пример в этом отношении - насекомые. Так, экологическая ниша личинок майского жука связана с почвой, питанием корневыми системами растений. В то же время экологическая ниша жуков связана с наземной средой, питанием зелеными частями растений.

С экологическими нишами в значительной мере связаны жизненные формы организмов. К последним относят группы видов, часто систематически далеко отстоящие, но выработавшие одинаковые морфологические адаптации в результате существования в сходных условиях. Например, сходством жизненных форм характеризуются дельфины (млекопитающие) и интенсивно передвигающиеся в водной среде хищные рыбы. В условиях степей сходными жизненными формами представлены тушканчики и кенгуру (прыгуны). В растительном мире отдельными изненными формами представлены многочисленные виды деревьев, занимающие в качестве нити верхний ярус, кустарники, су­ществующие под пологом леса, и травы - в напочвенном покрове.

Наиболее эффективный способ коррекции процесса адаптации - это оптимизация самой начальной стадии. Это такие пути.

1. Поддержание исходного высокого функционального состояния организма (как физического, так и эмоционального).

2. Соблюдение ступенчатости при адаптации к новым условиям (природно-климатическим, производственным, временным), а также при переключении с донного вида деятельности на другой, т.е. постепенное вхождение в новую среду и в любой труд. Соблюдение этого условия позволяет включаться без перенапряжения физиологическим системам организма и тем самым обеспечить оптимальный уровень работоспособности. Такая стратегия способствует сохранению ресурсов организма, уменьшению платы за адаптацию.

3. Организация режима труда, отдыха, питания с учетом не только возрастных и половых особенностей человека, но и природно-климатических (сезоны года, температурный режим, содержание кислорода в атмосфере) условий.

4. Необходимое для обеспечения долговременной адаптации человека в экстремальных условиях поддержание не только достаточно высокого уровня физического состояния, но и характера социально значимой мотивации и сохранения здорового морального климата в коллективе.

Научно-техническая революция двадцатого столетия многократно увеличила способность человека воздействовать на природную среду. К сожалению, это воздействие нередко носит разрушительный характер, что приводит к огромному экономическому ущербу, ухудшению благосостояния и здоровья людей.

В конечном счете, все экологические проблемы прямо или косвенно оказывают влияние на физическое и нравственное здоровье человека. Экологическим исследованиям принадлежит большая роль в профилактике различных заболеваний.

Постоянными атрибутами современной жизни людей, проживающих в промышленно развитых странах, является не только нервно-психическое напряжение, которое они испытывают в процессе повседневной деятельности, но и воздействие на их организм факторов физической, химической и биологической природы, в частности таких, как загрязнение атмосферы и воды, химизация сельского хозяйства. Диапазон компенсанторно-приспособительных способностей и резервных возможностей человека не измеряется альтернативой - здоровье или болезнь. Между здоровьем и болезнью располагается целый ряд промежуточных состояний, указывающих на особые формы приспособления, близкие то к здоровью, то к заболеваемости и все же не являющиеся ни тем и ни другим.

Для адаптации к окружающей среде человек должен двигаться очень активно, ведь движение играет большую роль в социально-биологическом процессе.

Становление человека происходило в условиях высокой двигательной активности, которая была необходимым условием его существования, биологического и социального процесса. Тончайшая сработанность всех систем организма формировалась в процессе эволюции на фоне активной двигательной деятельности. Недостаточность движений в современном обществе - социальный, а не биологический феномен. Спорт способствует формированию популяризации людей, более устойчивых к воздействию издержек цивилизации: малоподвижного образа жизни, увеличение агрессивных агентов среды обитания. В процессе эволюции на Земле выжили только те популяции, у которых генетическая устойчивость к физическим нагрузкам оказалась более высокой. Можно сказать поэтому, что физические нагрузки в эпоху НТР являются фактором, элиминируного отбора. При этом обычные рекомендации по рационализации сводятся к использованию малоинтенсивных форм двигательной активности. Их полезность не вызывает сомнений, однако сила тренирующего воздействия на основные системы жизнеобеспечения, и в первую очередь на сердечно-сосудистую систему, у них оказывается недостаточной. Физические нагрузки, оказывающие мощное тренирующие воздействие на все системы жизнеобеспечения, являются важнейшим фактором эволюции человека на современном этапе его развития. Они способствуют формированию популяции, степень устойчивости которых к агрессивным факторам внешней среды повышается.

С появлением на Земле человека разумного получила развитие новая форма адаптации к факторам внешней среды. Принципиальным ее отличием от адаптации в животном мире явилось сознательное управление ее содержанием с помощью достижений общечеловеческой культуры. Средства физической культуры - физические упражнения, различной интенсивности, естественные силы природы, гигиенические факторы- стали важными средствами повышение адаптивных возможностей человека, совершенствование его социальной и биологической природы.

Биосфера

Биосфера – это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о котором мы говорим в разговорном языке. Человек – прежде всего – своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

В. И. Вернадский.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Лекция 1. Экология как наука.

Этапы развития экологии как естественнонаучной дисциплины.

«Экология» - наука о «доме» (от греч. «ойкос» - жилище, местообитание).

Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, но экология как наука возникла в начале ХХ в., а в широкий обиход это слово вошло в 1960-е годы, когда стали говорить об экологическом кризисе как кризисе во взаимоотношениях человека со средой его обитания.

Общая экология - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей средой.

Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней вплоть до глобального, т.е. до биосферы в целом.

Экология, бурно развиваясь в ХХ в., прошла несколько этапов, которые сохранились до настоящего времени в качестве разделов экологии:

1. Аутэкология – экология отдельных видов, предметом которой является изучение питания, размножения, миграций, местообитаний отдельных видов животных и растений.

2. Экология популяций (возникла в 1930-е годы на стыке с генетикой) изучает причины изменения численности популяций.

Популяцией (от лат. «populus» - народ) называется группа организмов, относящихся к одному виду и занимающая определенную область, называемую ареалом. Каждый вид может состоять из одной или нескольких популяций, т.е. быть гомогенным или гетерогенным видом.

3. Синэкология, или экология сообществ, возникла в середине ХХ века на основе синтеза экологии с термодинамикой и системным подходом. Синэкология ввела в обиход такие экологические понятия как сообщество (биоценоз), экосистема (биогеоценоз), экологическая ниша и другие.

Сообществом, или биоценозом, называют совокупность различных видов растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность сообщества и среды носит название экологической системы, или биогеоценоза.

Термин экосистема был введен английским экологом А. Тэнсли в 1935 году.

В 1944 году В.Н. Сукачевым предложен термин биогеоценоз, а В.И. Вернадский еще ранее использовал понятие «биокосное тело».

Главное значение этих понятий состоит в том, что они подчеркивают обязательное наличие взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей, иначе говоря, объединение компонентов в функциональное целое.

Социальная экология как наука о взаимодействии общества с природной средой.

Было предложено много новых названий наук, предметом которых является изучение взаимоотношений человека с природной средой в их целостности.

В настоящее время более или менее уверенно можно говорить о трех направлениях:

1. Современная социальная экология (книга Р. Карсон «Безмолвная весна» (1961г.), посвященная отрицательным экологическим последствиям применения ДДТ.

Предмет социальной экологии - взаимодействия в системе «общество – природа» и она находится на стыке с гуманитарными науками.

2. Монография М.И. Будыко «Глобальная экология» (1977г.), которая определила начало нового направления с аналогичным названием.

Оно рассматривает глобальные аспекты экологической проблемы: климатические, количество ресурсов, глобальные показатели загрязнения природной среды, «парниковый» эффект, глобальные кругообороты химических элементов в их взаимодействии, влияние космоса на Землю, состояние озонового щита в атмосфере, функционирование Земли как единого целого и т.п.

Исследования в данном направлении предполагают, конечно, интенсивное международное сотрудничество.

3. Предметом третьего направления - экологии человека – является система отношений человека как индивида с природной средой. Она изучает медицинские и демографические аспекты воздействия измененной природы на здоровье человека. В экологию человека входят генетико-анатомо- физиологический и медико-биологический блоки, отсутствующие в социальной экологии.

Задачи общей экологии.

В теоретической области экология пытается найти общие закономерности организации жизни путем:

1) разработки теории устойчивости экосистем;

2) изучения экологических механизмов адаптации к среде;

3) исследования регуляции численности популяций;

4) изучения биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5) исследования продукционных процессов;

6) моделирования состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, связанные с воздействием общества на природную среду, решает социальная экология:

1) прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий деятельности человека;

2) улучшение качества окружающей среды;

3) сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

4) оптимизация деятельности общества по преобразованию природы в различных направлениях для обеспечения его устойчивого развития.

Антропогенные факторы.

Антропогенные факторы вызываются человеческой деятельностью. Они всегда (или почти всегда) неблагоприятны для экосистем и поэтому называются загрязнениями:

1. ингредиентное загрязнение – внесение химических веществ, чуждых сообществам;

2. параметрическое загрязнение – тепловые и электромагнитные поля, шум и др.;

3. биоценотическое загрязнение – вмешательство в сообщества, например, внесение новых видов, перепромысел и др.;

4. стациально-деструктивное загрязнение – изменение ландшафтов: добыча ископаемых, строительство городов, дорог и др.

Лекция 3. Функционирование экосистем.

Пищевая цепь и типы питания.

В природе существует два основных типа питания – автотрофный и гетеротрофный.

Автотрофы (растения и некоторые виды бактерий) создают органическое вещество своего тела из неорганического в результате процессов фотосинтеза или хемосинтеза (реже).

Гетеротрофы используют чужое органическое вещество, которое получают в процессе питания.

Благодаря системе взаимодействий (экологических факторов) у экосистем появляются новые свойства, главное из которых – способность к самоподдержанию, что осуществляется благодаря круговороту веществ и потоку энергии в пищевых (трофических) цепях.

Пищевая цепь включает продуцентов, фотосинтезирующих растений и бактерий, способных создавать органическое вещество из неорганического за счет энергии Солнца; консументов – потребителей созданного продуцентами органического вещества: редуцентов – разлагателей мертвого органического вещества.

Пищевые цепи бывают двух типов – пастбищные и детритные.

Пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов и заканчивается консументами высоких порядков.

Детритная цепь начинается с мертвой органики (детрита), трансформируется через детритофагов I порядка (бактерии) к детритофагам II порядка (черви, личинки насекомых и др.), а затем переходит к консументам, где образует единую систему с пастбищной цепью.

Экологические пирамиды.

Пищевые цепи могут быть записаны в иной форме – как пирамиды.

Экологическая пирамида, представляющая собой трофическую структуру, основанием которой служит уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды, может быть трех основных типов:

1) пирамида чисел, отражающая численность отдельных организмов;

2) пирамида биомассы, характеризующая общий сухой вес, калорийность или другую меру общего количества живого вещества;

3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии и (или) “продуктивность” на последовательных трофических уровнях».

Если пирамиды численностей и биомассы могут быть перевернутыми (последующий уровень шире предыдущего), то энергетическая пирамида всегда сужается кверху, поскольку энергия теряется на каждом последующем уровне.

Продуктивность экосистем.

Важнейшей характеристикой экосистемы является ее продуктивность, под которой понимается как рост организмов, так и создание органического вещества. В продукт фотосинтеза превращается от 1 до 2% поглощенной растениями солнечной энергии.

Среди произведенной в процессе фотосинтеза продукции выделяют первичную продуктивность, которая определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами-продуцентами, главным образом зелеными растениями.

Ее разделяют на валовую первичную продукцию (ВПП), включая ту органику, которая была израсходована на дыхание, и чистую первичную продукцию (ЧПП) - за вычетом использованной при дыхании растений (40-70%).

Чистая продуктивность сообщества - скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами. Скорость накопления энергии на уровне консументов называют вторичной продуктивностью. В соответствии со вторым началом термодинамики поток энергии с каждой ступенью уменьшается, так как при превращениях одной формы энергии в другую часть энергии теряется в виде тепла.

В стабильных сообществах практически вся продукция тратится в пищевых цепях, и биомасса сообщества остается постоянной.

Эффективность природных систем много ниже КПД электромоторов и других двигателей. В живых системах много «горючего» уходит на «ремонт» (что, кстати, не учитывается при расчете КПД двигателей).

Любое повышение эффективности биологических систем оборачивается увеличением затрат на их поддержание. Экологическая система - это машина, из которой нельзя «выжать» больше, чем она способна дать. Всегда наступает предел, после которого выигрыш от роста эффективности сводится на «нет» ростом расходов и риском разрушения системы.

Закон сукцессии.

В масштабах времени экосистемы не остаются неизменными, они меняются по определенным законам и эти изменения называются сукцессией.

Сукцессия – это последовательное смена сообществ, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием внутренних причин.

Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.

Замещение видов в экосистемах вызывается тем, что популяции, стремясь модифицировать окружающую среду, создают условия, благоприятные для других популяций; это продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами. Такое равновесное сообщество называется зрелым, или климаксным.

Сукцессия в энергетическом смысле связана с фундаментальным сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы.

Сукцессия состоит из стадий роста, стабилизации и климакса. Их можно различать на основе критерия продуктивности: на первой стадии продукция растет до максимума, на второй остается постоянной, на третьей уменьшается до нуля по мере деградации системы.

Стратегия экосистем – «наибольшая защита», стратегия человека – «максимум продукции».

Естественная сукцессия, о которой говорилось в начале данной лекции, является первичной сукцессией. Она происходит на первично свободном субстрате.

Вторичная (антропогенная) сукцессия является следствием деятельности человека и происходит быстрее первичной. Она возникает на вырубках и после пожаров в лесу, при рекультивации в местах добычи полезных ископаемых, на пастбищах при перевыпасе, в рекреационных зонах, а также как цветение пресных водоемов из-за избыточного стока удобрений с полей.

Сукцессии разномасштабны и иерархичны: они происходят не только на обширных территориях суши, но на стволах деревьев и в пнях, не только в океанах, но в лужах и прудах.

Коэволюция в экосистемах.

Коэволюция, или «сопряженная эволюция - это тип эволюции сообщества (т.е. эволюционных взаимодействий между организмами, при которых обмен генетической информацией между компонентами минимален или отсутствует), заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости».

Ю. Одум подчеркивает два важных принципа, лежащих в основе коэволюции:

1) в ходе развития экосистем существует тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий (конкуренции и эксплуатации) за счет положительных, увеличивающих выживание взаимодействующих видов;

2) в недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях.

Социоприродные экосистемы.

Существует два основных типа социоприродных систем, созданных человеком, – агросистемы и урбосистемы.

С экологической точки зрения, основным отличием от естественных экосистем является то, что агросистема нуждается в постоянном управлении, а урбосистма – аномальна, так как полностью зависит от поступления вещества и энергии из окружающих экосистем.

Лекция 7. Понятие биосферы.

Раздел 2.Социальная экология. Содержание и причины глобальных проблем современности.

Методы социальной экологии.

Поскольку социальная экология является переходной наукой между естественными и гуманитарными, постольку в своей методологии она должна использовать методы и естественных, и гуманитарных наук, а также те методологии, которые представляют собой единство естественнонаучного и гуманитарного подхода. Что же касается общенаучных методов, то ознакомление с историей социальной экологии показывает, что первоначально использовался преимущественно метод наблюдения (мониторинг), позже на первый план вышел метод моделирования. Моделирование есть способ долгосрочного и комплексного видения мира. В современном его понимании это универсальная процедура постижения и преобразования мира. Нет одной «жесткой» мировой модели. Модель, как только она возникает, постоянно критикуется и пополняется данными по мере того, как можно лучше ее понять. Ценность модели определяется лишь той точкой на каждом из графиков, которая соответствует прекращению роста и началу катастрофы.

Законы социальной экологии.

Понятие закона трактуется большинством методологов в смысле однозначной причинно-следственной связи. Более широкую трактовку понятия закона как ограничения разнообразия дает кибернетика, и она больше подходит к социальной экологии, выявляющей фундаментальные ограничения человеческой деятельности.

Адаптационные возможности биосферы, позволяющие компенсировать нарушения экологических закономерностей до достижения определенного порога, делают экологические императивы необходимыми.

Главный из них можно сформулировать так: преобразование природы должно соответствовать ее адаптационным возможностям. Большинство законов социальной экологии относятся к типу законов как ограничения разнообразия, т.е. накладывают ограничения на природопреобразовательную деятельность человека.

Они таковы:

1. Правило исторического роста продукции за счет сукцессионного омоложения экосистем, это правило следует из основного закона экологии, но сейчас уже перестает работать, так как человек взял от природы все, что мог.

2. Закон бумеранга: все, что извлечено из биосферы человеческим трудом, должно быть возвращено ей.

3. Закон незаменимости биосферы: биосферу нельзя заменить искусственной средой, как, скажем, нельзя создать новые виды жизни.

4. Закон убывающего естественного плодородия;

5. Закон «шагреневой кожи»: глобальный исходный природно- ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается. Это следует из того, что никаких принципиально новых ресурсов, которые могли бы появиться в настоящее время, нет.

6. Принцип неполноты информации: информация при проведении акций по преобразованию и вообще любому изменению природы всегда недостаточна для априорного суждения обо всех возможных результатах таких действий, особенно в далекой перспективе, когда разовьются все природные цепные реакции.

7. Принцип обманчивого благополучия: первые успехи в осуществлении цели, ради которой и был задуман проект, создают атмосферу благодушия и заставляют забыть о возможных отрицательных последствиях, которых никто не ждет.

8. Принцип удаленности события: потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий.

Законы, сформулированные как экологические императивы, предложены американским экологом Б. Коммонером: «Все связано со всем», «Все надо куда-то девать», «За все надо платить», «Природа знает лучше»

Энергетическая проблема.

Энергоресурсы отличаются от других ресурсов Земли тем, что они расходуются безвозвратно.

Энергетическая проблема видится в настоящее время состоящей из трех проблем: истощения энергоресурсов, создания технологий сбережения и альтернативной энергетики.

Расчетные суммарные запасы нефти на Земле составляют 1800 гигабаррелей, человечество потребило немногим более половины запаса, а к 2023 г потребит 80%.

Повышение эффективности использования энергии в промышленности и ЖКХ – это первоочередная задача в нашей стране.

Альтернативная энергетика постепенно отвоевывает позиции в структуре энергопотребления: широкое распространение получила ветровая энергетика; гелиоэнергетика.

Проблема кислотных дождей.

Определение pH осадков в середине XIX в. дало неожиданный результат - среда капель дождя оказалось слабокислой, а не нейтральной. Позже было найдено объяснение: некоторые газы, соединяясь с водой в верхних слоях атмосферы, образуют кислоты.

Причиной резкого роста концентраций сернистого газа является сжигание энергоресурсов.

Негативные последствия кислотных дождей многообразны: подкисление почв; повреждение тканей и листвы, ведущее к болезням; подкисление водоемов.

Глобальное моделирование.

Первые попытки создания глобальных моделей будущего развития человечества были осуществлены Дж. Форрестером и группой Д. Медоуза на основе разработанного Форрестером метода системной динамики, позволяющего исследовать поведение сложной структуры взаимосвязанных переменных. Модели мира состояли из пяти секторов (уровней): народонаселение, промышленное производство, сельскохозяйственное производство, природные ресурсы, состояние природной среды.

Компьютерное моделирование, проведенное в Массачусетском технологическом институте (США), показало, что при отсутствии социально- политических изменений в мире и сохранении его технико-экономических тенденций быстрое истощение природных ресурсов вызовет около 2030 года замедление роста промышленности и сельского хозяйства и в результате - резкое падение численности населения. Если предположить, что достижения науки и техники обеспечат возможность получения неограниченного количества ресурсов, катастрофа наступает от чрезмерного загрязнения окружающей среды. При допущении, что общество сможет решить задачу охраны природы, рост населения и выпуска продукции будет продолжаться до тех пор, пока не исчерпаются резервы пахотной земли, а затем, как во всех предыдущих вариантах, наступает коллапс. Катастрофа неминуема, потому что все пять опасных для человечества тенденций растут по экспоненте, и беда может подкрасться незаметно и актуализироваться, когда поздно будет что-либо сделать.

Основываясь на своих результатах, создатели моделей считали необходимым создать глобальное равновесие и дали в последней главе своей книги «Пределы роста» следующие рекомендации по предотвращению грозящей опасности:

1) стабилизировать численность населения планеты;

2) законсервировать промышленное и сельскохозяйственное производство на современном уровне (1970-е);

3) 10% прибыли от добычи нефти расходовать на исследования в области альтернативных технологий.

Глобальное равновесие, как считают Медоуз и его коллеги, не будет означать застоя, ибо человеческая деятельность, не требующая большого расхода невосполнимых ресурсов и не приводящая к деградации природной среды, может развиваться неограниченно.

Концепция «пределов роста» имеет позитивное значение в социально- политическом плане, поскольку направлена на критику основополагающего принципа капитализма - ориентации на безудержный рост материального производства и потребления.

Можно говорить о пределах роста в определенных направлениях, но не об абсолютных пределах. Задача заключается в предвидении опасностей роста в каких-либо направлениях и выборе путей гибкой переориентации развития. В методологическом плане критике был подвергнут высокий уровень осреднения переменных, характеризующих процессы, протекающие в мире.

Авторы «Пределов роста» признают, что, возможно, объем человеческих знаний, так же, как население и экономика мира, растет экспоненциально, но из этого, по их мнению, не следует, что технологическое применение знания тоже растет по экспоненте.

В моделях мира не представлена возможность целенаправленного воздействия на социально-экономическую систему в случае ее развития в нежелательном направлении: поведение общества запрограммировано как неизменное. Отсутствие социальной обратной связи в модели не позволило представить в ней защитные механизмы, препятствующие катастрофе. Критический анализ моделей Форрестера и Медоуза выявил положительные и отрицательные стороны их работы, которую в целом следует оценить как негативное моделирование, показавшее, что грозит человечеству в случае сохранения и развертывания некоторых негативных тенденций технико-экономического развития при отсутствии принципиальных научно-технических и социокультурных изменений в мире.

Однако, у Форрестера и Медоуза отсутствует то, что можно назвать важнейшим методологическим принципом позитивного моделирования - конструктивный преобразовательный аспект. Не было учтено также, что модель должна конструироваться таким образом, чтобы учитывалась не только вероятность данного развития событий (точнее, возможность осуществления нескольких вариантов с разной степенью вероятности), но и, так сказать, желательность данной реконструкции природной среды.

Несмотря на серьезную критику моделей мира попытки глобального моделирования продолжались. М. Месаровичем и Э. Пестелем на основе методики «иерархических систем» была построена регионализированная модель, в которой мир разделен на 10 регионов. Каждый из этих регионов, в свою очередь, разделен на взаимодействующие иерархические сферы или страты: экологическую; технологическую; демо-экономическую; социально-политическую; индивидуальную.

Результаты их моделирования показали, что можно ожидать не одну глобальную, а несколько региональных катастроф. Месарович и Пестель отмечают, что основной причиной экологических опасностей является стремление к количественному экспоненциальному росту без качественных преобразований экономической системы. Авторы полагают, что мировую систему следует рассматривать как единое целое, в котором все процессы настолько взаимосвязаны, что промышленный рост каких-либо регионов без учета изменений в других регионах может вывести мировую экономическую систему из устойчивого состояния.

Глобальные модели Месаровича и Пестеля показали, что угроза экологической катастрофы отодвигается при органичном сбалансированном росте всей мировой системы. Наиболее приемлемыми оказались модельные варианты взаимодействия между регионами, в которых действие развивалось по сценариям кооперации.

Концепции «пределов роста» Месарович и Пестель противопоставили концепцию «органического роста», считая, что экологические трудности могут быть преодолены без отказа от роста мировой экономической системы в том случае, если рост будет сбалансированным и органичным, наподобие, скажем, роста дерева. Указанные концепции не являются диаметрально противоположными. Пределы роста существуют, но возможности его увеличиваются, если он сбалансирован, а это требует качественных изменений.

Глобальные модели типа модели органического роста, являясь в большей степени позитивными, привели к формированию концепции устойчивого развития, которая сформулирована на конференции по окружающей среде ООН, происходившей в Рио-де-Жанейро в 1992 г.

Здоровье населения.

Что и сколько можно изымать из биосферы, а что нельзя - определяется с помощью моделирования. Изъятие максимального количества приводит не только к исчерпанию ресурса, но и к ухудшению качества продукции.

Понятие здоровья было сформулировано еще в античности: «Это состояние психического и физического благополучия, которое дает человеку возможность стойко и не теряя самообладания переносить любые жизненные невзгоды» (Перикл, V в. до н.э.).

От индивидуального здоровья следует отличать популяционное, или общественное, здоровье, которое характеризуется такими показателями, как средняя продолжительность жизни, естественный прирост, младенческая смертность и др.

Их воздействие менялось в истории отношений человека с природной средой. Для человека эпохи палеолита главными причинами смерти были – травмы, полученные на охоте и при стычках с другими людьми, а на втором месте – голод, а средняя продолжительность его жизни не превышала 26 лет. Недостаток пищи ограничивал численность совместно проживающих людей. неолите произошел переход от охоты и собирательства к сельскому хозяйству и оседлому образу жизни. Оседлый образ жизни способствовал появлению постоянных поселений - деревень, мест наиболее интенсивного воздействия человека на окружающую среду и взаимодействия людей между собой. Продовольствие уже не ограничивало численность населения и главным регулирующим фактором становятся болезни. Скопление относительно большого количества людей на ограниченных площадях создавало условия для распространения среди них различных инфекционных болезней.

Гигиена здоровья.

Санитарная экспертиза качества пищевых продуктов, воды и предметов бытового обихода. Современный раздел гигиены - валеология - «это теория и практика формирования, сохранения и укрепления здоровья индивида с использованием медицинских и парамедицинских технологий».

Биосфера - устойчивая экологическая система, которая существует на Земле около 4 млрд лет, но в последние сто лет воздействие человека на биосферу нарастает огромными темпами. Почти все антропогенные воздействия негативно влияют на природу, за исключением таких, которые способствуют восстановлению разрушенных экосистем.

Суммарную антропогенную деятельность, таким образом, можно назвать загрязнением природы. Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое является результатом человеческой деятельности и меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ.

Загрязнение гидросферы.

Существование биосферы и жизнь человечества всегда было основано на использовании воды. Современное загрязнение гидросферы слагается из двух составляющих – собственно загрязнения и исчерпания пресных вод. Основными загрязнителями вод являются химические, биологические и физические загрязнители.

До определенного предела морские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям токсичных веществ, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов, но затем порог превышается и начинается отравление среды.

Под исчерпанием вод понимается их недопустимое сокращение (подземные воды) или уменьшение стока (поверхностные воды). Практически во всех крупных городах формируются так называемые депрессионные воронки – пустоты (глубиной до 100 м), вызванные интенсивной эксплуатацией мощными водозаборами, что грозит городу проседанием почв. Изъятие на хозяйственные нужды большого количества поверхностных вод ведет к региональным кризисам. Осушенное дно стало источником пыльных бурь и засоления окружающих территорий.

Загрязнение литосферы.

Техногенные загрязнение затрагивают такие составляющие литосферы, как почва, горные породы и недра. Почва является основным звеном круговорота веществ в экосистемах: здесь высвобождается энергия и накапливаются биогенные элементы.

Основные проблемы почв:

1) эрозия: разрушение или снос верхних слоев почв ветровыми (ветровая) или водными (водная) потоками;

2) загрязнение пестицидами, минеральными удобрениями, нефтепродуктами и т.п.;

3) засоление почв в результате чрезмерного полива;

4) опустынивание – необратимое изменение почвы, растительности и всей биоты, которое возникает в результате непрекращающейся эрозии почв;

Недра не только являются источником ресурсов и местом захоронения отходов, но частью среды обитания человека и других живых существ. Разработка недр оказывает вредное влияние практически на все компоненты наземных экосистем.

Загрязнение атмосферы.

Регуляцию народонаселения.

Экологически обоснованное рациональное природопользование требует комплексного сочетания работы по пяти основным направлениям:

1) экологизация технологий (экологически чистые, безотходные);

2) развитие экономического механизма охраны среды;

3) административно-правовое воздействие;

4) экологическое просвещение;

Экологический мониторинг.

Существуют также комплексные нормативы качества окружающей среды, не приводящие к нарушению устойчивости экосистем, одними из главных среди них являются нормативы допустимой антропогенной нагрузки (НДАН), которые могут быть рассчитаны как для определенной территории, так и для конкретного промышленного объекта.

Охрана гидросферы.

Охрана литосферы.

Для борьбы с эрозией применяется комплекс мер: полосное земледелие, почвозащитные севообороты, облесение оврагов и др. Для предотвращения загрязнения пестицидами используют экологические методы защиты растений, не применяют особо стойкие пестициды.

В конце ХХ в. возникли концепции ресурсовозобновляющих технологий (РВТ), практическое решение которых привело к созданию на многопрофильных комбинатов, способных перерабатывать все виды антропогенных отходов.

Охрана атмосферы.

Меры для защиты воздушного бассейна таковы:

1) экологизация технологических процессов и снижение выбросов (непрерывные технологические процессы, предварительная очистка сырья от примесей);

2) очистка газовых выбросов;

3) рассеивание газовых выбросов (за счет высоких дымовых труб);

Уровни биоразнообразия.

Биоразнообразие имеет три составляющих:

1) генетическое разнообразие индивидов;

2) видовое разнообразие;

На уровне экосистем - нарушение энергетических потоков (в результате изменения и упрощения трофических цепей), изменение биогеохимических циклов, сокращение числа видов, снижение устойчивости экосистем, гибель.

Экологическое сознание.

Философия ХХ в. в лице, прежде всего, экзистенциализма призвала отказаться от присущего новоевропейской культуре агрессивности и подошла к пониманию важнейшего значения природной среды для существования и развития человечества.

Одним из основоположников экологического мировоззрения может быть назван А. Швейцер с его концепцией «благоговения перед жизнью». Можно говорить и собственно об экологической философии как направлении исследований с характеризующим его понятием «глубинной экологии». Предлагаются термины экософия, ноософия, витософия и др.; исходя из философских оснований, экологические философы пытаются сформулировать некие «правила жизни» как совокупность экологических заповедей.

Исторически первой отраслью духовной культуры была культура невидимая - мистика. Опасность экологической катастрофы, актуализировавшаяся в современной экологической ситуации, способствовала возрождению мистических взглядов. Само появление мифологии было объясняемо стремлением человека, хотя бы в идеальной форме, вернуться к изначальному единству с природой, таким образом, мифология по сути своей экологична. Также и все древнейшие религии основаны на обожествлении природных явлений.

Экологическая наука и основанная на ней техника могут пониматься в двух смыслах: во-первых, в плане приоритета, отданного изучению закономерностей взаимодействия человека и природы, и, во- вторых, в плане перестройки всей науки и техники как системы знаний.

Экологизация воспитания и образования, по Н.Ф. Реймерсу, достигается созданием комплекса природоохранного и экологического обучения. Основные постулаты экологического мировоззрения таковы:

- всякая жизнь самоценна, уникальна и неповторима, человек отвечает за все живое;

- природа всегда была и будет сильнее человека;

- биосфера остается устойчивой, пока она разнообразна;

Если все оставить так, как есть, «Земля ответит одуревшему человечеству неотразимым ударом на уничтожение» (Реймерс);

- выбор «иметь» или «быть» является реальностью нашего времени.

Устойчивое развитие – это такое развитие человечества, при котором удовлетворяются потребности настоящего времени, но не ставятся под угрозу способности будущих поколений удовлетворять свои потребности.

Оно включает два основных понятия:

Понятие потребностей, в частности потребностей, необходимых для существования беднейших слоев населения, которые должны быть предметом первостепенного приоритета;

Главная » Транскрипции » Что такое наука экология. околоводные растения, наземно-водные