Предмет и задачи современной экологии, этапы в ее развитии; причины конфликта между цивилизацией и природой.

Структура экосистемы, ее компоненты и принципы функционирования.

Состав экосистемы представлен двумя группами компонен­тов: абиотическими - компонентами неживой природы и биотичес­кими - компонентами живой природы.

Абиотические элементы - это следующие основные элементы неживой природы:

- неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и мертвой материей (диоксид углерода, вода, кислород, кальций, магний, калий, натрий, же­лезо, азот, фосфор, сера, хлор и др.);

- органические вещества, связывающие абиотическую и биоти­ческую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки, гуминовые вещества и др.);

- воздушная, водная или твердая среда обитания;

- климатический режим и др.

состоят из трех функциональных групп организмов (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Биотические компоненты экосистем

Первая группа организмов - продуценты (лат. producers - создаю­щий, производящий или проводящий), автотрафорные организмы (от гр. autos - сам, trophe -

пища).

Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

автотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - неоргани­ческие вещества, в основном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету органические вещества - углеводы, или сахара (СН₂0)_п:

со₂ + н₂о = (сн₂о)_я + о₂

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при хими­ческих реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азотной кислоты:

2NH₃ + 30₂ = 2HN0₂ + 2Н₂0 + Q_F 2HN0₂ + 0₂ = 2HN0₃ + Q₂.

Химическая энергия (Q), выделенная при этих реакциях, используется бактериями для восстановления С0₂ до углеводов.

Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеле­ным растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бактерий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосинтези-рующими организмами на Земле создается около 150 млрд т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая Группа организмов – консументы (лат. consume - потреблять),

ИЛИ гетеротрафорные организмы (гр. heteros - другой, trophe - пища),

осуществляют процесс разложения органических веществ.

Эти организмы используют органические вещества в качестве источника и питательного материала, и энергии. Их делят на

фаГОТрофов (гр. phagos - пожирающий) И СОПрОТрофоВ (гр. sapros - гнилой).

питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся в основном крупные животные - макроконсументы.

используют для питания органические вещества мертвых остатков.

Третья группа организмов - редуценты (лат. reducens - возвращающий). Они участвуют в последней стадии разложения - минерали­зации органических веществ до неорганических соединений (С0₂, Н₂0 и др.). Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцен­там относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы. Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных

процессов является наиболее важной функцией любых экосис­тем. В течение значительного геологического периода, начиная приблизительно с кембрия (600 млн - 1 млрд лет назад), неболь­шая, но заметная часть синтезируемого органического вещества не расходовалась, а сохранялась и накапливалась в осадках

Предмет и задачи современной экологии, этапы в ее развитии; причины конфликта между цивилизацией и природой.

 

■ Экология (от греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с дру­гими естественными науками — химией, физикой, геологи­ей, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность или струк­тура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии — экосистемы, т. е. единые природ­ные комплексы, образованные живыми организмами и сре­дой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уро­вень), их.популяций,'т. е. совокупностей особей одного вида' (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (био­сферный уровень).

Основной, традиционной, частью экологии как биологи-ческой науки является общая экология, которая изучает об-, щие закономерности взаимоотношений любых живых орга­низмов и среды (включая человека как биологическое суще­ство)^

В составе общей экологии выделяют следующие основ­ные разделы:

— аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдель­ного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

— популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдель­ных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

— синэкологию (биоценологию) —изучающую взаимоотноше­ние популяций, сообществ и экосистем со средой.

Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойст­ва — изучить закономерности адаптации организмов и их со­обществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы, и т. д.

В изложенном выше понимании общую экологию неред­ко называют биоэкологией, когда хотят подчеркнуть ее био-центричность.

С точки зрения фактора времени экология дифференци­руется на историческую и эволюционную.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования, т.е. различают экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

В последнее время роль и значение биосферы как объек­та экологического анализа непрерывно возрастает. Особен­но большое значение в современной экологии уделяется про­блемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Выдвижение на первый план этих разделов в эколо­гической науке связано с резким усилением взаимного отри­цательного влияния человека и среды, возросшей ролью эко-номических, социальных и нравственных аспектов в связи с резко негативными последствиями научно-технического про­гресса.

Таким образом, современная экология не ограничивает­ся только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она пре­вращается в междисциплинарную науку, изучающую слож­нейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вы­званной обострением экологической обстановки в масшта­бах всей планеты, привела к «экологизации» многих естест­венных, технических и гуманитарных наук.

Например, на стыке экологии с другими отраслями зна­ний продолжается развитие таких новых направлений,' как инженерная экология, геоэкология, математическая эколо­гия, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.

Соответственно более широкое толкование получил и сам термин «экология», а экологический по'дход при изучении взаимодействия человеческого общества и природы был при­знан основополагающим.

Экологическими проблемами Земли как планеты зани­мается интенсивно развивающаяся глобальная экология, ос­новным объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема. В настоящее время появились и та­кие специальные дисциплины, как социальная экология, изу­чающая взаимоотношения в системе «человеческое общест­во — природа», и ее часть — экология человека (антропоэко-логия), в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

Современная экология тесно связана с политикой, эко­номикой, правом (включая международное право), психоло­гией и педагогикой, так как только в союзе с ними возмож­но преодолеть технократическую парадигму мышления, свой­ственную XX в., и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей⁴ по отношению к природе. С научно-практической точки зрения вполне обосновано деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерно­сти организации жизни.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процес­са и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

Исходя из приведенных выше понятий и направлений сле­дует, что задачи экологии весьма многообразны.

В общетеоретическом плане к ним относятся:

— разработка общей теории устойчивости экологических сис­тем;

— изучение экологических механизмов адаптации к среде;

— исследование регуляции численности популяций;

- изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

— исследование продукционных процессов;

- исследование процессов, протекающих в биосфере, с це­лью поддержания ее устойчивости;

моделирование состояния экосистем и глобальных био­сферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

— прогнозирование и оценка возможных отрицательных по­следствий в окружающей природной среде под влиянием

деятельности человека; — улучшение качества окружающей природной среды;

— сохранение, воспроизводство и рациональное использова­ние природных ресурсов;

— оптимизация инженерных, экономических, организацион­но-правовых, социальных и иных решений для обеспече­ния экологически безопасного устойчивого развития, в пер­вую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе ново­го взгляда, рассматривающего человеческое общество как не­отъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важней­ших наук будущего и, «возможно, само существование чело­века на нашей планете будет зависеть от ее прогресса» (Ф. Дре, 1976).

§ 2. История развития экологии

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. По­требность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», воз­никла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристоте­ля (384—322 до н. э.), Плиния Старшего (23—79 н. э.), Р. Бой-ля (1627—1691) и др., в которых обсуждалось значение ере- ■ цы обитания в жизни организмов и приуроченность их к оп­ределенным местообитаниям, чтобы убедиться в этом.

В истории развития экологии можно выделить три ос­новных этапа.

Первый этап — зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX в.). На этом этапе накапливались дан-ные о взаимосвязи живых организмов со средой их обита­ния, делались первые научные обобщения.

В XVII—XVIII вв. экологические сведения составляли зна­чительную долю во многих биологических описаниях (А. Ре­омюр, 1734; А. Трамбле, 1744 и др.). Элементы экологиче­ского подхода содержались в исследованиях русских ученых И. й. Лепехина, А. Ф. Миддендорфа, С. П. Крашенникова, французского ученого Ж. Бюффона, шведского естествоис­пытателя К. Линнея, немецкого ученого Г. Йегера и др.

В этот же период Ж.-Б. Ламарк (1744—1829) и Т. Маль­тус (1766—1834) впервые предупреждают человечество о воз­можных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй э тап — оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). Начало этапа озна­меновалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814-1858), Н. А. Северцова (1827-1885), В. В. Докучаева (1846—1903), впервые обосновавших ряд принципов и поня­тий экологии, которые не утратили своего значения и до на­стоящего времени. Не случайно поэтому американский эко­лог Ю. Одум (1975) считает В. В. Докучаева одним из осно­воположников экологии. В конце 70-х гг. XIX в. немецкий гидробиолог К. Мёбиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в оп­ределенных условиях среды.

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин (1809—1882), вскрывший основные факторы эво­люции органического мира. То, что Ч. Дарвин называл «борь­бой за существование», с эволюционных позиций можно трак­товать как взаимоотношения живых существ с внешней, абио­тической средой и между собой, т. е. с биотической средой.

Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель (1834—1919) первый понял, что это самостоятельная и очень важная об­ласть биологии и назвал ее экологией (1866). В своем капи­тальном труде «Всеобщая морфология организмов» он пи­сал: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относя-щихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего — его дружественных или враждебных отношений с теми живот­ными и растениями, с которыми он прямо или косвенно всту­пает в контакт. Одним словом, экология — это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал «усло­виями, порождающими борьбу за существование».

Как самостоятельная наука экология окончательно офор­милась в начале XX столетия. В этот период американский уче­ный Ч. Адаме (1913) создает первую сводку по экологии, пуб­ликуются другие важные обобщения и сводки (В. Шелфорд, 1913, 1929; Ч. Элтон, 1927; Р. Гессе, 1924; К. Раункер, 1929 и др.). Крупнейший русский ученый XX в. В. И. Вернадский соз­дает фундаментальное учение о биосфере.

В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А. Тенсли (1935) выдвинул понятие об эко­системе, а несколько позже В. Н. Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе. Следует отме­тить, что уровень отечественной экологии в 20—40-х гг. был одним из самых передовых в мире, особенно в области фун­даментальных разработок. В этот период в нашей стране ра­ботали такие выдающиеся ученые, как академик В. И. Вер­надский и В. Н. Сукачев, а также крупные экологи В. В. Стан-чинский, Э. С. Бауэр, Г. Г. Гаузе, В. Н. Беклемишев, А. Н. Фор­мозов, Д. Н. Кашкаров и др.

Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воз­действия человека на природу экология приобретает особое значение.

Начинается третий этап (50-е гг. XX в. — до настояще­го времени) — превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружаю­щей человека среды. Из строгой биологической науки эко­логия превращается в «значительный цикл знания, вобрав всебя разделы географии, геологии, химии, физики, социо­логии, теории культуры, экономики...» (Реймерс, 1994).

Современный период равития экологии в мире связан с име­нами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А. Швей­цер, Дж. Харпер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер, Б. Не­бел и др. Среди отечественных ученых следует навать И. П. Герасимова, А. М. Гилярова, В. Г. Горшкова, Ю. А. Из-раэля, Ю. Н. Куражсковского, К. С. Лосева, Н. Н. Моисеева, Н. П. Наумова, Н. Ф. Реймерса, В. В. Розанова, Ю. М. Свири-жева, В. Е. Соколова, В. Д. Федорова, С. С. Шварца, А. В. Яб-локова, А. Л. Яншина и др.

Первые природоохранные акты на Руси известны с IX— XII вв. (например, свод законов Ярослава Мудрого «Русская Правда», в которых были установлены правила охраны охот­ничьих и бортничьих угодий). В XIV—XVII вв. на южных границах Русского государства существовали «засечные ле­са», своеобразные охраняемые территории, на которых были запрещены хозяйственные рубки. История сохранила более 60 природоохранных указов Петра I. При нем же началось изучение богатейших природных ресурсов России. В 1805 г. в Москве было основано общество испытателей природы. В конце XIX — начале XX в. возникло движение за охрану ред­ких объектов природы. Трудами выдающихся ученых В. В. Докучаева, К. М. Бэра, Г. А. Кожевникова, И. П. Бо­родина, Д. Н. Анучина, С. В. Завадского и других были за­ложены научные основы охраны природы.

Начало природоохранной деятельности Советского госу­дарства совпало с рядом первых декретов, начиная с «Декре­та о земле» от 26 октября 1917 г., который заложил основы природопользования в стране.

Именно в этот период зарождается и получает законода­тельное выражение основной вид природоохранной деятель­ности — охрана природы.

В период 30—40-х гг., в связи с эксплуатацией природ­ных богатств, вызванной главным образом ростом масшта­бов индустриализации в СССР, охрана природы стала рас-сматриваться как «единая система мероприятий, направлен­ная на защиту, развитие, качественное обогащение и рацио­нальное использование природных фондов страны» (из ре­золюции Первого Всероссийского съезда по охране приро­ды, 1929 г.).

Таким образом, в России появился новый вид природо­охранной деятельности — рациональное использование при­родных ресурсов.

В 50~е г. дальнейшее развитие производительных сил в стране, усиление негативного влияния человека на природу обусловили необходимость создания еще одной формы, ре­гулирующей взаимодействие общества и природы, — охра­ны среды обитания человека. В этот период принимаются республиканские законы об охране природы, которые про­возглашают комплексный подход к природе не только как к -источнику природных ресурсов, но и как к среде обитания человека. К сожалению, еще торжествовала лысенковская псевдонаука, канонизировались слова И. В. Мичурина о не­обходимости не ждать милости от природы.

В 60—80-е гг. в СССР практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны приро­ды (об охране бассейна Волги и Урала, Азовского и Черного морей, Ладожского озера, Байкала, промышленных городов Кузбасса и Донбасса, Арктического побережья). Продолжался процесс создания природоохранного законодательства, издава­лись земельные, водные, лесные и иные кодексы.

Эти постановления и принятые законы, как показала практика их применения* не дали необходимых результа­тов — губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось. В 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая за всю историю развития человечества экологи­ческая катастрофа. Сегодня Россия переживает тяжелый эко­логический кризис.