****1 - Euroakadeemia

Тема1. Предмет, цели и методы экологии
Экология –
наука о взаимоотношениях живых организмов, условий
среды их обитания и всех функциональных процессов,
делающих среду пригодной для жизни.
Термин был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в
1869 г.
Слово образовано от греческого “oikos” - дом, “logos” – знание
(экономика – однокоренное слово).
В буквальном смысле экология – наука об оранизмах «у себя дома»,
наука, в которой особое внимание уделяется «совокупности или
характеоу связей между организмами и окружающей их средой»
(Одум, 1986).
Экология – наука о взаимоотношениях организмов (популяций) между
собой и с окружающей средой.
(Проф. Л. В. Полищук,
кафедра общей экологии МГУ)
Употребление слова «экология» в русском языке
Примеры:
1. «В крупных городах и промышленных регионах плохая экология»
- промышленные предприятия и автомобильный транспорт –
серьезные источники загрязнения воздуха, поверхностных вод,
почвы, шумового загрязнения …
2. «Экологи провели акцию протеста в Баренцевом море» –
Гринпис протестовал против добычи нефти на шельфе в Северном
Ледовитом океане.
3. Название учебников и курсов лекций «Основы экологии»,
«Популяционная экология», «Экология антропогенных
ландшафтов» и др.
Три различных смысла слова «экология»:
1. состояние окружающей среды;
2. система общественных отношений в области охраны и
использования окружающей среды;
3. научная дисциплина.
Почему размылось понятие «экология»?
• Человек (Homo sapiens) появился в ходе биологической эволюции
и долгое время существовал в соответствии с экологическими
закономерностями.
• Развитие цивилизации (особенно на индустриальной стадии)
вывело человека из многих экологических ограничений.
• При этом человек превысил потребление ресурсов биосферы,
что приводит к усилению ее деградации.
• Экология рассматривается как способ гармонизации отношений
человека и биосферы, что формирует к ней интерес у самых
различных общественных групп.
(Курс лекций зав. кафедрой общей экологии МГУ, проф.
Д. Г. Замолодчикова)
«… Это определение может нравиться или нет, но в самом
существенном оно бесспорно: экология – это биологическая наука,
изучающая надорганизменные системы.
С другой стороны, в печати или в устной речи мы постоянно
сталкиваемся со словосочетаниями типа «экология памятников»,
«экология языка», «экология культуры», даже «экология нашего
двора».
… Еще смешнее выглядят словосочетания «плохая экология» или
«хорошая экология». Этак можно договориться до чего угодно.
Скажем, в моем любимом городе Феодосии «плохая геометрия»;
евклидовы законы там не соблюдаются, поскольку город расположен
на подковообразном склоне.» (Е.А. Нинбург. Введение в общую экологию. М.
2005, с. 6)
Объекты исследования экологии - биологические системы
надорганизменного уровня.
Уровни организации биологических систем:
•
•
•
•
•
1. Биологическая молекула
2. Клетка
3. Ткань
4. Орган
5. Организм
• 6. Популяция
• Аутэкология
• Популяционная
экология
•
7. Сообщества
• Синэкология
• Биоценология
•
8. Экосистема
• Биогеоценология
• Экология экосистем
Система
• Система – совокупность элементов, взаимосвязанных и
взаимодействующих между собой, образующих единое целое.
• Элементы системы создают ее структуру, их взаимодействие
обеспечивает функции (работу) системы.
• Система обладает свойствами, не присущими составляющим его
элементам, взятым в отдельности (эмерджентность).
Разделы экологии
Общая экология – отрасль науки об общих закономерностях
взаимоотношений организмов и окружающей среды, характерных как
для бактений, грибов и растений, так и для животных (включая
человека как биологическое существо).
Экология прикладная – разработка норм использования природных
ресурсов и среды обитания, допустимых нагрузок на них, форм
управления экосистемами.
Экология прикладная базируется на системе законов, правил и
принципов экологии и природопользования
Экология человека
• 1. Комплексная дисциплина, изучающая общие законы
взаимоотношений биосферы и антропосистемы человечества, его
групп (популяций) и индивидуумов, влияние природной среды на
человека и группы людей.
• 2. Экология личности и популяций человека, в том числе учение
об этносах.
• Э.ч. включает как социально-психологические и экономические
отношения людей между собой , так и отношение людей к
природе.
Промышленная экология – научное направление, предметом
изучения которого является отрицательное антропогенное воздействие
хозяйственной деятельности на окружающую среду. Основные
разделы: мониторинг, регулирование, контроль и управление на уровне
отдельного производства и на территориальном уровне.
Экология инженерная – раздел пром. экологии, связанный с
разработкой и применением технологических и технических методов,
регулирующих воздействие на окружающую среду – очистка сточных
вод, удаление и переработка отходов и т.д.
Объекты экологических исследований
Необходимые термины:
• Популяция – это группа особей одного вида, занимающая
определенную территорию и обычно в той или иной степени
изолированная от других сходных групп.
• Сообщество – это популяции различных видов, существующих
в одном и том же местообитании или на одной площади и
взаимодействующих посредством трофических и
пространственных взаимоотношений.
• Сообщество и неживая среда функционируют совместно, образуя
экологисескую систему, или экосистему.
• Биом – крупная региональная или субконтинентальная
биосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом
растительности, например биом лиственных лесов умеренного
пояса.
Экосистема (экологическая система)
Впервые определение экосистемы как совокупности живых
организмов с их местообитанием было дано Тэнсли в 1935 году.
Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто
употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз
и биогеоценоз.
• Биогеоценоз – однородная экологическая система (участок леса,
луга…) – синоним понятия экосистема.
• Биогеоценоз состоит из биотопа и биоценоза. Понятие
биогеоценоза предложено В.Н. Сукачевым (1942).
Экосистемы могут быть природные (естественные), формирующиеся
под влиянием природных факторов, и антропогенные (искусственные),
создаваемые человеком в процессе хозяйственной деятельности.
Выделяют микроэкосистемы (например, ствол дерева, муравейник,
аквариум), мезоэкосистемы (лес, пруд, город) и макроэкосистемы
(океан, континент).
Различные экосистемы вместе образуют глобальную экосистему –
биосферу, включающую все живые организмы и всю физическую
среду, с которой они взамодействуют.
Биосфера – нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть
литосферы, населенные живыми организмами, “область существования
живого вещества” (В.И. Вернадский); самая крупная экосистема Земли.
Толщина биосферы немногим больше 20 км - организмы обитают на
поверхности суши не выше 6 км над уровнем моря и не ниже 15 км в
глубине океана. Основная масса живого вещества сконцентрирована в
поверхностном слое 50-100 м.
Биосфера включает как область распространения (абиотический
компонент) живого вещества и живых существ, так и само это
вещество (биотический компонент), которые находятся в тесном
взаимодействии.
• Биосфера возникла 3,5-5,5 млрд лет назад.
• Биосфера является результатом развития живого вещества как
планетарного явления, служащего “могучей биологической
силой…, связанной с другим веществом биосферы…, биогенной
миграцией атомов” (Вернадский В.И., 1965. – С. 59).
Понятие ноосферы
Еще в 20-е гг. XX в. В.И. Вернадский обратил внимание на мощное
воздействие человека на окружающую среду и преобразование
современной биосферы. Человечество как элемент биосферы, считал
он, неизбежно придет к пониманию необходимости сохранения всего
живого на Земле и охватит разумным управлением живую оболочку
планеты, превратив ее в единую сферу — ноосферу (сферу разума).
Ноосфера – “сфера разума”, высшая стадия развития биосферы,
связанная с возникновением и развитием в ней человечества, когда
разумная деятельность человека становится главным определяющим
фактором глобального развития. Это новое понятие Вернадский
сформулировал в 1944 г. Он успел лишь в общих чертах наметить
основы нового учения, но его слова и сейчас актуальны: «В
геологической истории биосферы перед человеком открывается
огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой
разум и свой труд на самоистребление».
Не следует забывать, что “…он (человек), как и все живое , может
мыслить и действовать в планетарном аспекте только в области жизни
– в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он
неразрывно связан и уйти из которой не может. Его существование есть
ее функция” (Вернадский В.И.,1977. – с. 324).
Профессор B.C. Голубев: «Можно лишь предположить: если бы идеи
В.И. Вернадского о ноосфере последовательно развивались, то главная
цивилизационная идея современности - устойчивое развитие,
возможно, пришло бы на Запад из России, а не наоборот, и раньше,
чем это в действительности произошло».
Компоненты и процессы, обеспечивающие
функционирование экосистемы
Компоненты экосистемы
 Биотические
Прокариоты:
Археи
Бактерии
Эукариоты:
Грибы
Растения
Животные
• Абиотические
Твердые
1) почвы и грунты, 2) детрит,
3) снег и лед
Жидкости
1) воды резервуаров;
2) текущие воды;
3) воды почв и грунтов
Газы
1) приземный слой атмосферы;
2)газовая среды почвы
Энегрия
Функционирование экосистемы обеспечивается взаимодействием трех
основных компонентов – сообщества, потока энергии и круговорота
веществ.
 Поток энергии направлен в одну сторону; часть поступающей
солнечной энергии преобразуется сообществом и переходит на
качественно более высокую ступень, трансформируясь в
концентрированную форму энергии органического вещества, но
большая часть энергии деградирует, проходит через систему и
покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии
(тепловой сток).
 Элементы питания, в том числе биогенные элементы,
необходимые для жизни (углерод, азот, фосфор и др.) и вода
могут использоваться многократно.
Подходы и методы экологии
При проведении экологических исследований применяют один из
нескольких основных подходов :
• экосистемный подход,
• изучение сообществ (синэкология),
• популяционный подход (аутэкология),
• анализ местообитаний,
• эволюционный или исторический подходы.
Экосистемный подход
- в центре внимания эколога оказываются поток энергии и круговорот
веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы.
Его интересуют функциональные связи (такие, как цепи питания)
живых организмов между собой и с окружающей средой.
Здесь находит приложение концепция гомеостаза (саморегуляции)
экосистем, из которой становится понятным, что нарушение
механизмов регуляции, например при загрязнении среды, может
привести к биологическому дисбалансу.
Изучение сообществ
– в центре внимая биотические компоненты экосистемы. Синоним
экологии сообществ – синэкология. Исследуют растения, животных и
микроорганизмы, обитающие в различных биотических единицах (лес,
луг, болото, озеро и т.п.) Упор делается на определение и описание
видов и изучение факторов, ограничивающих их распространение.
- один из аспектов - представление о сукцессиях и климаксовых
сообществах, очень важное для решения вопросов рационального
использования природных ресурсов.
Развитие и смена экосистем
Циклические перемены обусловлены периодическими
изменениями в природе — суточными, сезонными и
многолетними.
Поступательные изменения - сукцессии - саморазвитие
экосистемы в результате взаимодействия организмов
друг с другом и с абиотической средой. В ходе сукцессии
малоустойчивый биоценоз (сообщество организмов)
сменяется более устойчивым.
Пример сукцессии - зарастание озера:
Озеро -------> Болото ------->
Мокрый луг ------->
Лес
Популяционный подход
– используются математические модели роста, увеличения и
уменьшения численности тех или иных видов.
• Построение моделей связано с рядом понятий – рождаемость,
выживаемость и смертность.
• Популяционная экология (аутэкология) обеспечивает
теоретическую базу для понимания вспышек численности
вредителей и паразитов, а также позволяет оценить критическую
численность вида, необходимую для его выживания.
Изучение местообитаний
Местообитание – это участок среды определенного типа, где живет
данный организм (пресноводное озеро, еловый лес или берег моря).
Организмы определенного вида приспособлены к определенным
физическим и химическим условиям местообитания.
Каждый вид занимает в своем местообитании определенную
экологическую нишу. Экологическая ниша – не только физическое
пространство, где может быть обнаружен данный вид, но еще важнее,
определенная его роль в сообществе (его питание и взаимоотношение в
другими видами).
Когда два вида занимают одну и ту же нишу, они конкурируют до тех
пор, пока один из них не будет вытеснен.
Эволюционный и исторический подходы
Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с
развитием жизни на нашей планете, и позволяет понять основные
закономерности, действовавшие в биосфере до того момента, когда
важным экологическим фактором, влиящим на большинство
организмов и на физическую среду, стала деятельность человека.
Объект исследования – ископаемые остатки, пыльца растений в
датированных пластах торфа, льдах и др.
Историческая экология занимается изменениями, связанными с
развитием человеческой цивилизации и технологии, с их
возрастающим влиянием на природу, и рассматривает период с неолита
до наших дней (3000-4000 лет).
• В настоящее время эволюционная экология и историческая
экология - все более плодотворные области исследований,
позволяющие выявлять долговременные экологические
тенденции, установить которые при изучении только
современных экосистем невозможно (изменение климата,
расселение видов растений и животных).