Экологические наблюдения содержатся и в трудах средневекового ученого XIII века альберта великого, который изучал влияние почвы на жизнь растений.

Экология зарождалась в ботанике и зоологии, в трудах естествоиспытателей XVIII века – шведа Карла Линнея, француза Жоржа Бюффона, русского натуралиста Ивана Ивановича Лепехина, петербургского академика Петра Симона Палласа и многих других. В начале XIX века французский биолог Жан Батист Ламарк в своих трудах обосновывает идеи о роли среды в жизни организмов. Немецкий естествоиспытатель Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт на основе многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке выявил зависимость от температуры вертикальной растительной зональности в горах и горизонтальных растительных зон на равнинах. Дальнейшая предыстория экологии связана с именами многих ученых. Напр., немецкого химика Юстуса Либиха, профессора Московского университета Карла Францевича Рулье, немецкого ученого Карла Бергмана, русского ученого Николая Алексеевича Северцова.

Однако наибольшее влияние на формирование экологии как самостоятельной науки оказал Чарльз Дарвин, опубликовавший в 1859 г. свою книгу “Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь”. Именно под влиянием эволюционной теории Ч.Дарвина - Э.Геккель пришел к выводу о необходимости выделения экологии в особую биологическую дисциплину, изучающую взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей средой.

С тех пор экология как наука, развиваясь и обрастая научными данными, накопила огромное количество материала, которое уже не вмещалось в рамки единой общей экологии, или биоэкологии - экологии в первоначальном смысле, который придал ей автор термина Э.Геккель.

В настоящее время экология распалась на целый ряд научных отраслей и дисциплин, среди которых выделяются: теоретические, вскрывающие общие законы жизни, и прикладные, призванные помочь применить эти законы.

Современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук, таких как, напр., биоэкология, география, физика, химия, медицина, математика, агрономия, философия, социология и многих других.

Проблема взаимодействия общества с окружающей природной средой в настоящее время является проблемой, от которой зависит будущее человечества. Взаимодействие человека и природы в результате продолжающейся ускоренными темпами индустриализации и урбанизации нашей планеты привело к кризисной ситуации, когда встал вопрос об угрозе самому существованию человека. Это требует экологизация, т.е. учета законов экологии, всей человеческой деятельности. Экологический подход становится необходимым при решении научных, производственных, технический, демографический и прочих задач.

Проблема охраны природы, ее разумного и рационального использования на основе экологических законов становится одной из важнейших задач человечества. Экология является основной теоретической базой, научной основой охраны природы. Невозможно охранять природу, использовать ее богатства, не зная, как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействие человека, какие предельно допустимые нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их. Все это является предметом экологии.

Основными задачами экологии являются:

1. Исследования закономерностей организации различных форм жизни и влияние на них антропогенных (греч. аnthropos – человек, genos – род, происхождение) воздействий;

2. Прогнозирование окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности и поиск способов адаптации к этим изменениям;

3. Создание научной основы сохранения среды обитания человека и рациональной эксплуатации биологических ресурсов.

Знание основ экологии необходимо и обществу и отдельному человеку для того, чтобы разумно строить свою жизнь и деятельность. Современная экология – это бурно развивающаяся, комплексная наука, представляющая собой разветвленную систему экологических дисциплин.

Структура экологии

Все прикладные экологические науки связаны с общей экологией. Их можно систематизировать либо по методам, которыми они пользуются.

I. В соответствии с размерами объектов изучения, это напр.:

1. Аутоэкология (греч. аutos – сам) – раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма с окружающей средой.

2. Демэкология (греч. demos – народ) – изучает популяцию и ее среду.

3. Эйдэкология (греч. eidos – образ) – экология видов.

4. Синэкология (греч. syn – вместе) – рассматривает жизнь сообществ организмов (экосистем).

5. Ландшафтная экология – изучает приспособления организмов в разной географической среде.

6. Мегаэкология или глобальная экология – наука о биосфере земли и положении человека в ней.

II. В соответствии с отношением к объекту изучения, это напр.:

1. Экология микроорганизмов;

1. Экология грибов;

2. Экология растений;

3. Экология животных;

4. Экология социальная – рассматривает взаимодействие человека и человеческого общества с окружающей средой;

5. Экология человека – включает изучение взаимодействия человеческого общества с природой, экологию человеческой личности и экологию человеческих популяций, в том числе учение об этносах;

6. Экология промышленная, или инженерная – рассматривает взаимное влияние промышленности и транспорта на природу;

7. Сельскохозяйственная экология – изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения природных ресурсов, а также способы получения экологически чистых, т.е. не загрязненных опасными для здоровья человека веществами, продуктов;

8. Медицинская экология – изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды и способы их предупреждения и лечения.

III. В соответствии со средами и компонентами, можно выделить такие дисциплины, как, например:

1. Экология суши.

2. Экология пресных водоемов.

3. Экология морей.

4. Экология тундр.

5. Лесная экология, изучает способы использования ресурсов лесов при их постоянном восстановлении.

6. Экология высокогорья,

7. Урбаноэкология (лат. urbanus - городской) - экология градостроения, изучает возможности расселения людей в городах и других населённых пунктах с учетом интересов населения и сохранения природной среды.

IV. В соответствии с используемыми методами можно выделить следующие прикладные экологические науки:

1. Математическая экология, задачей которой является перевод эмпирически накопленных данных в математические модели с целью прогнозирования состояния и поведения популяций и сообществ при изменении экологических условий.

2. Химическая экология - разрабатывает методы анализа загрязнителей и
способы уменьшения вреда от химических загрязнений.

3. Экономическая экология – создает экономические механизмы, рационального природопользования.

4. Юридическая экология - нацелена на разработку системы природоохранных законов.

V. В соответствии с подходом к предмету, можно назвать такие дисциплины, как, например:

1. Аналитическая экология.

2. Динамическая экология.

VI. Наконец, в соответствии с фактором времени, это, например:

1. Палеоэкология (греч. раlaios - древний) - изучает условия существования, образ жизни и взаимосвязь животных и растений в прошлые геологические эпохи.

2. Эволюционная экология - рассматривает экологические закономерности эволюции.

В последнее время экологи пришли к принципиально важному обобщению, показав, что условия среды осваиваются организмами на уровне сообществ организмов (популяций, биоценозов), а не отдельными особями, поэтому современное определение экологии звучит так: "Экология - это наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды" (И.А.Шилов).

Основные понятия общей экологии

Изучение экологии невозможно без определения основных понятий. Понятие "организм" (лат. organize - устраиваю, придаю стройный вид) употребляется как в узком смысле - особь, индивидуум, "живое существо" так и в широком, самом общем смысле - сложно организованное единое целое.

В природе любое живое существо для того, чтобы жить нуждается, в первую очередь, в сообществе себе подобных, поэтому возникает надорганизменные макросистемы: биологический вид, популяция. Биологический вид - это совокупность особей, обладающих общими признаками, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал (лат. area - площадь, пространство) и отграниченных от других видов нескрещиваемостью в природных условиях.

Представление о видах, как об основной структурной и классификационной единице в системе живых организмов, было введено К.Линнеем, опубликовавшим в 1735 г. свой труд "Системы природы".

Конкретной формой существования вида в природе является популяция, т.е. вид - это совокупность популяций. Термин "популяция" ввел В.Иоганзен в 1903 г.

Популяция (лат.рорulus - народ) - это внутривидовая группировка особей, занимающая часть ареала данного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование.

Поскольку в природе не бывает абсолютно одинаковых условий для нескольких территориальных группировок, а каждая популяция живет в определённых условиях, популяции одного и того же вида по многим признакам отличаются одна от другой. Иногда эти отличия едва уловимы, иногда они очевидны. Такие различия между популяциями одного вида объясняются результатами генетической разнокачественности всей совокупности особей одного вида, возникшей в результате неодинаковых условий существования.

Популяции различных видов живых организмов, заселяющие общие места обитания, неизбежно вступают во взаимоотношения. Длительное совместное существование лежит в основе формирования многовидовых сообществ - биоценозов, в которых подбор видов не случаен, а определяется возможностью непрерывного поддержания круговорота веществ. Термин "биоценоз" предложил К.Мёбиус в 1877 г. Биоценоз (греч. bios - жизнь, koinos - общий) - это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды.

Местообитание биоценоза называется биотопом. Биотоп (греч. bios -жизнь, topos - место) - это пространство с однородными условиями (рельефа, климата), заселенное определенным биоценозом. Любой биоценоз неразрывно связан с биотопом, образуя вместе с ним устойчивую биологическую макросистему еще более высокого ранга - биогеоценоз, или экосистему. Термин "биогеоценоз" предложил в 1940 г. Владимир Николаевич Сукачёв. Он практически тождественен широко распространённому за рубежом термину "экосистема" и применяется для обозначения наземных экосистем. Термин "экосистема" предложил в 1935 г. английский эколог А.Тенсли.

Экосистема (греч. oikos - дом, systema - сочетание, объединение) - экологическая система, совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования, в которой живые и неживые компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии.

Между экосистемами нет чётких границ, одна экосистема постепенно переходит в другую, более мелкие экосистемы входят в состав более крупных, вплоть до общей глобальной экосистемы Земли - биосферы.

Биосфера (греч. - жизнь, spharia - шар) - глобальная экосистема всего земного шара, оболочка Земли, состоящая из совокупности всех живых организмов (биота), веществ, их составляющих, и среды их обитания. Биосфера - это область распространения жизни на Земле, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Термин "биосфера" ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1873 г. Основные положения учения о биосфере опубликованы В.И.Вернадским в 1926 г. В своем труде, который так и называется "Биосфера", В.И.Вернадский развивает идею эволюции поверхности земного шара как целостного процесса взаимодействия неживой, или "косной" материи с живым веществом. В.И.Вернадский выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ:

1) живое вещество;

2) биогенное вещество (т.е. вещество, создаваемое и перерабатываемое
живыми организмами: горючие ископаемые, известняки и т.д.);

3) косное вещество (образуется процессами, в которых живые организмы
не участвуют, напр., изверженные горные породы);

4) биокосное вещество (создается одновременно живыми организмами и
процессами неорганической природы, напр., почва, соленая морская вода);

5) радиоактивное вещество;

6) рассеянные атомы;

7) вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль). В.И.Вернадский считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.

Вопросы

1. Что такое экология и каковы основные ее задачи?

2. Что такое популяция?

3. Какая система называется экосистемой?

4. Что такое биосфера?

5. Охарактеризуйте понятие биогеоценоз.

Тесты

1. Дайте определение экологии, как науки изучающей:

а) современные закономерности взаимоотношений организмов и их популяций с окружающей природной средой;

б) отношение организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и окружающей средой;

в) общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня.

2. Дайте определение популяции.

а) особь обладающая способностью свободно скрещиваться и неограниченного долго поддерживать свое существование;

б) совокупность особей, занимающая часть ареала данного вида;

в) внутривидовая группировка особей, занимающая часть ареала данного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование.

3. Охарактеризуйте понятие экосистемы:

а) любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое через обмен веществ и энергию, возникающее на основе причинно-следственных связей, существенных между отдельными экологическими его элементами;

б) составляющая биосферы, формирующаяся под влиянием природных факторов;

в) многокомпонентная составляющая, формирующаяся под влиянием антропогенных факторов, возникающих в результате хозяйственной деятельности человека;

4. Дайте определение биосферы:

а) глобальная экосистема всего земного шара;

б) оболочка земли, состоящая из совокупности всех живых организмов, веществ, их составляющих;

в) область распространения жизни на Земле, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

5. Охарактеризуйте понятие биогеоценоза.

а) устойчивая биологическая система;

б) совокупность особей различных видов;

в) устойчивая биологическая система, состоящая из совокупности особей различных видов.

 

Глава 2. Экосистема как многокомпонентная составляющая
биосферы

Экологию изучают организацию и функционирование живых систем более сложных, чем организм. Эти системы получили название экологических систем или экосистем.

Экосистема – это безразмерная устойчивая система живых и не живых компонентов, в которой происходит внешний и внутренний круговорот вещества и энергии. В качестве примеров можно привести лесные экосистемы, почвы, гидросферу и т.д.

Самой крупной экосистемой, предельной по размерам и масштабам, является биосфера. Биосферой называют активную оболочку Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое. Биосфера нашей планеты существует 3 млрд. лет, она растет и усложняется наперекор тенденциям холодной энтропийной смерти; она несет разумную жизнь и цивилизацию. Биосфера существовала задолго до появления человека и может обойтись без него. Напротив, существование человека невозможно без биосферы.

Все остальные экосистемы находятся внутри биосферы и являются ее подсистемами. Крупная региональная экосистема, характеризующаяся каким – либо основным типом растительности, называется биомом. Например, биом пустыни или влажного тропического леса.

В состав экосистемы входят следующие компоненты:

• неорганические вещества (С, О₂, N₂, P, S, CO₂, H₂O и др.), которые включаются в круговороты веществ;

• органические соединения (белки, углеводы, липиды и др.), связывающие биотическую (живую) и абиотическую (неживую) компоненты экосистемы;

• воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и другие физические факторы;

• продуценты, автотрофные (самопитающиеся) организмы, в основном зеленые растения, которые, используя энергию солнечного света, синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды;

• консументы первого порядка (растительноядные животные) и второго порядка (хищники), гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами;

• редуценты или деструкторы, в основном бактерии и грибы, живущие за счет разложения тканей умерших организмов.

Типы экосистем

Экосистемы очень разнообразны. По происхождение различают следующие типы экосистем: 1) Природные (естественные) экосистемы ‑ это такие экосистемы в которых биологический круговорот протекает без прямого участия человека. Напр., болота, моря, леса, 2) Антропогенные (искусственные)экосистемы ‑ экосистемы, созданные человеком, которые способны существовать только при поддержке человека. Напр., агроэкосистемы (rpeч. agros ‑ поле) ‑ искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека; техноэкосистемы ‑ искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека; урбаноэкосистемы (лат. городской) ‑ экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека. Существуют и переходные между природными и антропогенными типы экосистем, напр., экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных.

По источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность, экосистемы подразделяют на следующие типы:

1) Автотрофные экосистемы ‑ это экосистемы, которые сами обеспечивают себя энергией, получаемой от Солнца, за счет собственных фото- или хемотрофных организмов. К этому типу относится большинство природных экосистем и некоторые антропогенные. Сюда же относятся природные экосистемы, способные производить излишки органического вещества, которые могут накапливаться или выноситься в другие экосистемы.

2) Гетеротрофные экосистемы ‑ это такие экосистемы, которые получают энергию, используя готовые органические соединения, синтезированные организмами, не являющимися компонентами данных экосистем, или использующих энергию созданных человеком энергетических установок. Это могут быть как природные, напр., экосистемы океанических глубин, использующие падающие сверху органические остатки, так и антропогенные, напр., города с их линиями электропередач. Главным источником энергии здесь служит не Солнце, а топливо. Конечно, городские экосистемы получают и солнечную энергию благодаря зеленым насаждениям, но это количество энергии ничтожно мало по сравнению с поступающим извне. Гетеротрофные экосистемы зависят от автотрофных, паразитируют на них, получая пищу и топливо.