Установочные лекции для заочников

1. Предмет и задачи экологии. Разделы экологии, связь с другими об­ластями науки и техники.

Слово «экология» происходит от греческого слова «ойкос», что означает «дом», непосредственное окружение человека, и «логос» - учение, наука. Термин предло­жен в 1866 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем. Геккель рассматривал эколо­гию как часть биологии.

Со временем стало ясно, что предметом экологии должны быть не только био­логические объекты, но и вся природная среда в совокупности. Основоположник со­временной геохимии и учения о биосфере академик В.И. Вернадский (1863-1945) впервые указал на то, что живые организмы не только приспосабливаются в процес­се эволюции к природным условиям, но и сами сильно влияют на формирование геологического и геохимического облика земли.

Экология стала наукой об экологических системах. Самая крупная экосистема -глобальная экосистема Земли - биосфера.

Экосистема есть связанная совокупность всех живых организмов и их неживого окружения в некоторых пространственных пределах.

В экологии главное внимание уделяется не внутренним свойствам элементов системы, а связям между этими элементами и поведению системы в целом.

Экология занимается изучением живых организмов, как отдельных особей так и членов популяций и биологических сообществ в их взаимодействии с окружаю­щей средой с ее физическими, химическими и биологическими факторами.

Задачи экологии:

· Исследование природных потоков вещества, энергии, информации, в том числе в связи с антропогенным воздействием

· Определение условий экологической безопасности

· Прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека

· Управление биосферными процессами

· Сохранение среды обитания человека.

Структура экологии, широко принятая в учебниках и монографиях: аутоэкология, популяционная экология и синэкология.

Аутоэкология - экология организмов: взаимодействие отдельных особей орга­низмов со средой обитания, общие закономерности взаимоотношений их со средой.

Популяционная экология изучает взаимоотношение популяций организмов со средой обитания.

Синэкология изучает закономерности развития и существования сообществ жи­вых организмов (биоценозов) между ними и окружающей средой.

Экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Например выделяют экологию человека, животных, растений, микроорганизмов.

Все эти группы можно изучать на уровне особи, популяции, а можно в различ­ных средах обитания (в воде, почве, атмосфере, космическом пространстве). Живые организмы обитают в условиях тропической, полярной, умеренной зон, в естествен­ных, измененных или созданных человеком сообществах, а также в загрязненных и незагрязненных средах.

Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиология, гене­тика, биофизика), связана и с небиологическими науками (физика, химия, геология, география, метеорология, математика и др.) на методы и понятия которых опирают­ся экологические исследования.

Экология ныне служит научным фундаментом эксплуатации, сохранения и вос­становления природных ресурсов, охраны среды жизни человека, обеспечения само­го существования человечества.

Спектр уровней организации живой материи. Понятия: живой организм, вид, популяция, биологическое сообщество, экосистема

Сфера.

Основополагающим объектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организации материи: живые организмы, популяции, сообщества, экоси­стемы и экосфера.

Живой организм - любая форма жизнедеятельности. По мнению экологов, су­ществует от трех до двадцати категорий живых организмов. Мы будем выделять три: растения, животные, деструкторы-редуценты.

Популяция - это группа организмов одного вида, проживающих в определен­ном районе и функционирующая как часть биологического сообщества. Популяции - это динамичные группы организмов, адаптирующиеся к изменениям условий ок­ружающей среды путем изменения своих размеров, распределения возрастных групп, генетического состава. (Все окуни в пруду, белки обыкновенные, население в отдельной стране или Земли в целом).

Вид - это совокупность популяций особей, имеющих общие морфологические признаки, занимающих определенный ареал, представители которых скрещиваются друг с другом в естественных условиях. Подсчитано, что в мире существует от трех до 30 млн. видов живых организмов.

Каждый организм или популяция имеет свое местообитание: местность, где они проживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают биологическое сооб­щество (все растения, животные и деструкторы леса, пруда, пустыни или аквариума).

Биогеоценоз - система, состоящая из сообщества живых организмов (биота) и его абиотического окружения на ограниченном участке земной поверхности с одно­родными условиями

Экосистема - это взаимосвязь сообществ с химическими и физическими факто­рами, создающими неживую окружающую среду. Это вечно меняющаяся (динамич­ная) сеть биологических, химических и физических взаимодействий, которые под­держивают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изме­нениям условий окружающей среды. Экосистема в определенных пределах безраз­мерна и может включать несколько биогеоценозов. Тогда как биогеоценоз - сугубо наземное образование.

Все экосистемы Земли составляют экосферу.

Основные наземные и водные экосистемы. Главные экосистемы суши: леса, степи, пустыни, называют наземными экосистемами или биомами. Основные разли­чия между ними определяются разными соотношениями средней температуры воды и испарения.

Экосистемы гидросферы называются водными экосистемами. Это пруды, озера, реки, океан, коралловые рифы, эстуарии (устья рек или заливы океанов, где смешивается, солена и пресная вода), болота, марши, степные блюдца. Главное отличие: количество растворенных питательных веществ в воде, глубина проникновения сол­нечных лучей, средняя температура. Переходная зона между смежными экосисте­мами называется экотон.

3. Понятие о биосфере. Учение Вернадского о биосфере. Структура биосфе­ры.

Биосфера - оболочка земли, в которой развивается жизнь разнообразных орга­низмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросфе­ру. Биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой мате­рии.

Основоположником современного представления о биосфере является совет­ский ученый В.И. Вернадский. Биосферу Вернадский рассматривал как качественно своеобразную оболочку Земли, развитие которой в значительной мере определяется ^деятельностью живых организмов. Биосфера по Вернадскому - это не просто сово­купность живых организмов, а единое пространство, в котором сосредоточена жизнь и осуществляется взаимодействие всего живого с неорганическими условиями сре­ды.

Биосфера по Вернадскому включает в себя:

1.«Живое вещество», т.е. множество живых организмов.

2.«Биогенное вещество», т.е. органо-минеральные или органические продук­ты, созданные живым веществом (каменный уголь, торф, подстилка, гумус -верхний плодородный слой почвы).

3. «Биокосное вещество», созданное живыми организмами вместе с неживой природой (вода, атмосфера, осадочные породы).

4. «Косное вещество», образовавшееся без участия живых организмов (магма­тические горные породы).

Биосфера охватывает поверхность Земли, верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы - тропосферу. Границы биосферы определяют­ся наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. Верхней гра­ницей биосферы является озоновый слой (20 - 30 км от земной поверхности), а ее нижняя граница не опускается в литосферу ниже 2-3 км. Нижний предел жизни ограничивает высокая температура земных недр (свыше 100°С). Наивысших преде­лов ее достигают только низшие организмы - бактерии.

Основой жизни на земле является круговорот веществ и превращение энергии (фотосинтез).

Фотосинтез осуществляется растениями, водорослями и фитопланктоном. Это процесс образования растениями органических соединений под влиянием солнечно­го света, в результате которого двуокись углерода и вода превращаются в углеводы, а в качестве побочного продукта выделяется кислород. Кислород Земли - результат фотосинтеза.

Биотический круговорот осуществляется при участии всех организмов, каждый из которых - звено в биотическом круговороте. Любой организм использует в каче­стве пищи тела или продукты распада других организмов. Основную роль в этом играют микроорганизмы. Они минерализуют органические останки животных и растений, превращая их в минеральные соли и простейшие органические соедине­ния, которые вновь используются зелеными растениями при синтезе нового органи­ческого вещества.

Жизнь и биосфера, как взаимосвязанные процессы, возникли на Земле не сразу, а на определенном историческом этапе эволюции материального мира, в продолжи­тельном процессе формирования, изменения и развития, под влиянием совокупно­сти внутренних, внешних, абиотических и биотических условий, факторов и причин.

Жизнь на нашей планете возникла 3 млрд. лет назад. Примерно 400 млн. лет на­зад первые живые существа начали заселять сушу. Все современные виды растений, животных и микроорганизмов в той или иной степени родственны друг другу. Все они в течение миллиардов лет питались, размножались, отмирали и изменялись под действием естественного отбора и всегда воздействовали на среду своего существо­вания, коренным образом обновляя состав атмосферы, природных вод, осадочных пород.

Ноосфера - материальная оболочка земли, измененная в результате воздействия человека на природу.