Определение экологии как науки. Краткая история ее становления

Лекция 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИИ КАК НАУКИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕЕ СТАНОВЛЕНИЯ

План

1. Определение экологии. Задачи и методы в экологии.

2. Первый этап становления экологии

3. Второй этап становления экологии

4. Третий этап становления экологии

5. Основные направления экологических исследований за рубежом и в Казахстане

 

Определение экологии как науки

Термин «экология» предложил немецкий ученый Э. Геккель в 1866 году. Слово экология образовано от греческих «ойкос», что означает дом, жилище и «логос» – 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.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин. Экологию по размерам объектов изучения делят на:

- аутэкологию (особи, организм и его среда);

- демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда);

- синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда);

- географическую, или ландшафтную экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды);

- глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли).

Экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

.

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.

По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (биохимическую, геохимическую). По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологии.

С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии (в том числе археологию). В систематике экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношение социальных групп общества с их средой жизни.

Взаимосвязь экологии с другими биологическими науками. Подразделения экологии

- Экология – одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Существует немало классификаций биологических наук, каждая из которых, хотя и не охватывает всех биологических дисциплин, дает возможность определить место экологии среди других дисциплин.

Классификация биологических наук (по Б.Г. Иоганзену, 1959)

                

Общие науки	Частные науки	Комплексные науки
Систематика Морфология Физиология Экология Генетика Биогеография Эволюционное учение	Микробиология Ботаника Зоология Антропология	Гидробиология Почвоведение Паразитология

Общие биологические науки изучают весь органический мир в строго определенном направлении, какую-то одну сторону его жизненных явлений. Частные науки изучают конкретно объекты органического мира всесторонне. Например, микробиология изучает систематику, морфологию, физиологию, экологию, генетику микроорганизмов. В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни организмов. В них доминирует экологический подход при изучении конкретных явлений.

Экология, как общая биологическая наука, также может быть расчленена на составные части: экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д. Однако если для других наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он – мельчайшая единица исследований.

Абиотические

компоненты                   вещество, энергия

=

биосистемы генети- клеточ- системы системы попу- экосис-

                    чесие ные   органов орга- ляци- темы

                    системы системы          низмов онные

                                                                                системы

Основные уровни организации жизни - ген, клетка, орган, организм, популяция и сообщество –Расположены в иерархическом порядке – от малых к крупным.

 

Классификации в экологии

Живые организмы можно классифицировать в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Те организмы, которые синтезируют все необходимые им органические вещества за счет энергии света, называются фототрофными (фототрофами) (греч. photo – свет, trophe – пища, питание), а те, которым для этого нужна химическая энергия, - хемотрофными (хемотрофами). Процесс фототрофного питания называется фотосинтезом.

Организмы, живущие за счет неорганического источника углерода (двуокиси углерода), называют автотрофными (автотрофами), а организмы, использующие органический источник углерода, - гетеротрофными (гетеротрофами) (греч. heteros – другой). К фотоавтотрофам относятся все зеленые растения, сине-зеленые водоросли, зеленые бактерии. К хемоавтотрофам – некоторые бактерии, участвующие в круговороте азота. К фотогетеротрофам относятся пурпурные бактерии, к хемогетеротрофам – все животные, грибы, большинство бактерий, некоторые паразитические цветковые растения.

Гетеротрофов делят на сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений, и голозоев. Голозои делятся на сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребители живых растений), зоофагов (нуждающихся в живой пище) и некрофагов (трупоядных животных

 

Основные среды жизни

  На планете живые организмы в ходе исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам (гидросфера, литосфера, атмосфера).

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем в ходе исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, которые адаптировались к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву, по выражению Вернадского (1978), в своеобразное биокосное вещество планеты. Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.

Водная среда жизни.

В океане с входящими в него морями различают две экологические области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь. Толща воды, или пелагиаль заселена пелагическими организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. Эти организмы подразделяют на две группы: нектон и планктон. Третью группу бентос – образуют обитатели дна.

Нектон – это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих связи с дном. Это крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения воды (рыбы, киты, кальмары, ластоногие). Планктон – это совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон. Организмы, населяющие поверхностную пленку воды на границе с воздушной средой, составляет нейстон (личинки рыб, моллюсков, иглокожих, брюхоногих и др.). Те же организмы, часть тела которых находится над поверхностью воды, а другая в воде, называется плейстон (сифонофоры и др.). Бентос – это совокупность организмов, обитающих на дне водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос.

Почва как среда жизни.

По степени связи с почвой животных объединяют в три экологические группы: геобионты, геофилы и геоксены. Геобионты – животные, постоянно обитающие в почве (дождевые черви). Геофилы – животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве (насекомые – саранчовые, ряд жуков, комары). Их личинки развиваются в почве. Во взрослом состоянии это наземные обитатели. Геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, грызуны).

Экологические факторы

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы могут быть необходимы, или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизни и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические. Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Среди них обычно выделяют:

1. Влияние животных организмов (зоогенные факторы).

2. Влияние растительных организмов (фитогенные факторы).

3. Влияние человека (антропогенные факторы).

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества.

Антропогенные факторы – это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Правило оптимума

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом. Например, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, будет оптимумом

 

Свет в жизни организмов

Свет – это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических растениями Земли

 

Вода в жизни организмов

Вода – важный экологический фактор. Все биохимические реакции протекают в присутствии воды. Количество воды может меняться, но исчезать полностью не может.

По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на 3 типа: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (предпочитающие умеренную влажность). Гигрофилы: кислица обыкновенная, лютик ползучий, комары, стрекозы, ужи и др. Ксерофилы: жуки-чернотелки, верблюды, вараны и др.

Гигрофиты обитают во влажных местах, под пологом леса (папоротники) или на открытых пространствах суши, чересчур переувлажненных (осока, росянка), не обладают засухоустойчивостью. У них крупные тонкие листья.

Мезофиты характеризуются большими, мягкими, плоскими листьями: луговые травы, лесные растения (ландыш и др.), лиственные деревья (береза, осина, клен, липа), полевые (рожь, картофель), плодово-ягодные (яблоня, смородина, вишня), сорняки.

Переходная группа – ксеромезофиты – растения северных степей, сухих сосновых боров.

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги, почвенную и атмосферную засуху. Это – растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков.

Понятие «Популяция»

Термин «Популяция» впервые был введен в 1903 г. датским ученым Иогансеном для обозначения «естественной смеси особей одного и того же вида, неоднородной в генетическом отношении». В дальнейшем этот термин приобрел экологическое значение, и им стали обозначать населения вида, занимающего определенную территорию. По определению С.С. Шварца, популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Принцип Олли.

Это так называемый эффект Олли, который впервые был им отмечен и описан в 1931 году, эффект гласит: если популяция достигает минимального количества особей, то она деградирует, т.е. каждому виду свойственен специфический для него минимальный размер популяции, нарушение которого ставит под угрозу существование популяции, а иногда и вида в целом.

 

6. Численность и плотность популяций.

Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме.Численность популяции зависит от соотношения интенсивности размножения (или плодовитости) и смертности.

Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема, например, 400 деревьев на 1 га, о,5 г циклопов в 1 м³ воды. 

Плотность популяции определяется без учета неравномерности распределения особей на площади или в объеме, т.е. получают среднюю плотность животных, деревьев, людского населения на единицу площади или микроскопических организмов в единице объема.

 

Рождаемость и смертность

Рождаемость– это способность популяции к увеличению численности. Характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается в числе новых особей на особь в единицу времени:

Смертность популяции – это количество особей, погибающих за определенный период.Абсолютная смертность – это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность выражается отношением абсолютной смертности к численности популяции.

Смертность характеризует скорость убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т.д.

Принцип Гаузе

Не существует двух различных видов, занимающих одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды, часто настолько сходные, что им требуется, по существу, одна и та же ниша. В этом случае, когда ниши частично перекрываются, возникает особо жесткая конкуренция, но в конечном итоге нишу занимает один вид. Явление экологического разобщения близкородственных (или сходных по иным признакам) видов получило название принципа конкурентного исключения, или принципа Гаузе (1934).

1. Экологические ниши. Экологическая ниша – место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к абиотическим условиям существования (Хрусталев, Матишов, 1996).

Классификация экосистем

Экосистема – это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ.

Существующие на Земле экосистемы разнообразны. Выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд и т.д.), макроэкосистемы (океан, континент) и глобальную – биосфера.

Крупные экосистемы называют биомами.

4. Круговороты веществ в биосфере.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Биогеохимический круговорот веществ в биосфере совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Гомеостаз экосистемы.

Гомеостаз - способность биологических систем – организма, популяции и экосистем- противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Понятие о биосфере

Биосфера – наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. основоположником которого является великий русский ученый В.И. Вернадский.

Планета Земля имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро и мантия, к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и биосфера.

Литосфера – (греч. «литос» - камень) – каменная оболочка земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами.

Гидросфера (греч. «гидор» - вода) – водная оболочка Земли.

Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

 

Ноосфера – сфера разума

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) – высшая стадия развития биосферы. Это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития. Учение В. Вернадского о ноосфере в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов. Среда существенно изменяется человеком благодаря его труду. Человек способен перестроить ее согласно своим представлениям и потребностям, изменить ту биосферу, которая складывалась в течение всей геологической истории Земли.

Таким образом, ноосфера – это окружающая человека среда, в которой природные процессы обмена веществ и энергии контролируются обществом.

4. Законы экологии Б. Коммонера

Б. Коммонер выдвинул ряд предложений, которые сегодня называют «законами экологии»: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; природа «знает» лучше; 4) ничего не дается даром.

Первый закон отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства.

Третий закон исходит из того, что «структуры организмов нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы – наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон, по мнению Коммонера, объединяет предшествующие 3 закона, все, что было извлечено из нее человеком, должно быть возмещено.

Лекция 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИИ КАК НАУКИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЕЕ СТАНОВЛЕНИЯ

План

1. Определение экологии. Задачи и методы в экологии.

2. Первый этап становления экологии

3. Второй этап становления экологии

4. Третий этап становления экологии

5. Основные направления экологических исследований за рубежом и в Казахстане